Modules Scientifiques Transverses / Disciplinaires (2 modules à choisir)

• Langue : français
• Intervenant / Coordinateur : Alain DEQUIDT
• Public cible :
  • doctorants inscrits à l’Ecole Doctorale des Sciences Fondamentales
  • doctorants inscrits à l’Ecole Doctorale Sciences de la Vie, Santé, Agronomie & Environnement
• Prérequis : aucun
• Durée : X conférences (1h30-3h00 par conférence)
• Nb maximum de participants : non limité
• Condition de validation : avoir suivi au moins 4 conférences et signé les feuilles d’émargement
• Validation :
  • 1 module de l’ED Sciences Fondamentales
  • 1 module de l’ED Sciences de la Vie, Santé, Agronomie & Environnement
• Dates :  dates à venir par email

Objectifs

Contenu

• modèles, représentations et construction de molécules complexes
• chimie des matériaux et biomatériaux
• science des surfaces
• biochimie appliquée à la santé
• interactions peptides-lipides
• mesure isotopique

Les conférencières et conférenciers invités sont issus d’unités de recherche des quatre coins de la France ou de l’industrie.

Inscription pour 2024-2025 via ADUM : https://adum.fr/script/formations.pl?mod=3646070&site=MINESPT

• Langue : français
• Intervenant / Coordinateur : P.BESSE-HOGGAN
• Public cible : doctorants inscrits à l’Ecole Doctorale des Sciences Fondamentales
• Prérequis : aucun
• Durée : 12h
• Nb maximum de participants : non limité
• Validation : 1 module de l’ED Sciences Fondamentales
• Dates :  

Objectifs

• une meilleure compréhension des processus intervenant dans l’environnement naturel et de leurs conséquences ;
• une possible anticipation des problèmes à venir,
• le développement d’applications et de solutions concrètes innovantes pour y remédier.

Un temps pour des échanges (questions, commentaires, discussion) entre doctorants et chercheurs est prévu après chaque conférence.
Quelques exemples de thématiques abordées ces dernières années : problématiques autour de la pollution (eaux, air intérieur / extérieur, par des plastiques, des nanoparticules, des pesticides, …) et du traitement des sites pollués ; du réchauffement climatique (stockage de CO2, rôle des nuages, …) ; apport de l’économie environnementale ; …

Contenu

• La lumière à l’assaut des polluants : Eau et atmosphère SARAKHA Mohamed / 1h30
• L’écosystème atmosphérique AMATO Pierre / 1h30
• Comment limiter l’impact de la réfrigération sur l’environnement? COULIER Yohann / 1h30
• La biocatalyse au service de la chimie verte LEMAIRE Marielle / 1h30

• Identification, quantification et devenir des micro-plastiques dans différents environnements DELOR-JESTIN Florence / 1h30
• L’atmosphère, un milieu multiphasique complexe : incertitudes actuelles DEGUILLAUME Laurent / 1h30
• Les biotechnologies au service de la dépollution et de l’environnement TROQUET Julien / 1h30
• Apports de l’économie pour l’étude des services écosystémiques DEPRES Christophe / 1h30

• Langue : français
• Intervenant / Coordinateur : D. ANDRAULT
• Public cible : doctorants inscrits à l’Ecole Doctorale des Sciences Fondamentales
• Prérequis : aucun
• Durée : 15h
• Nb maximum de participants : non limité
• Validation : 1 module de l’ED Sciences Fondamentales
• Dates :  

Objectifs

La Terre se distingue des autres planètes telluriques non seulement par la présence d’eau à sa surface, mais aussi parce qu’elle est la seule planète à posséder une dynamique interne active produisant un champ magnétique intense, la tectonique des plaques, du volcanisme, un cycle interne des éléments volatils, etc. La Terre est une planète vivante dont la surface est perpétuellement remodelée. Malgré la difficulté à retrouver des échantillons très anciens, de nombreux indices nous permettent de retracer les événements qui ont dominé l'histoire de la Terre. L’objectif de ce module est de présenter comment l’analyse des terrains anciens, les expériences sur les minéraux et les modélisations géodynamiques permettent de mieux comprendre l'avènement d'un environnement compatible avec le développement de la Vie.

Contenu

Les stades tardifs de l’accrétion terrestre ont été dominés par des impacts de grande taille, en particulier celui qui a donné naissance à la Lune. L’énergie libérée lors de ces impacts peut induire la fusion complète des corps planétaires. Nous montrerons comment l'expérimentation à hautes pressions et températures et la modélisation géodynamique permettent de simuler les processus de refroidissement et de cristallisation de l'océan magmatique, ainsi que la différenciation planétaire.
Le premier stade de refroidissement a été rapide (quelques 103 à 104 années), avec la cristallisation presque complète de l'océan magmatique. Il n'en reste pas moins qu'une quantité d’énergie énorme est restée stockée à l'intérieur de la Terre. Ceci a largement contribué à maintenir instable la surface de la planète pendant l'Hadéen et une partie de l'Archéen. Les magmas de type Komatiites produits à l’Archéen suggèrent un manteau ~300 °C plus chaud que le manteau actuel. La chaleur accumulée très tôt dans la planète contribue encore aujourd’hui à sa dynamique interne.

L’activité géologique de notre planète est actuellement gouvernée par le mouvement horizontal de plaques rigides. Depuis au moins 2.5 109 années (Ga), la tectonique des plaques façonne la surface de la Terre à travers la présence de chaînes de montagnes, d’une activité sismique et volcanique. Aussi, la Terre recycle constamment de la croûte au niveau des zones de subduction. Mais de grandes questions se posent sur la dynamique de la Terre pendant
l’Archéen, entre 4 et 2.5 Ga avant aujourd'hui. Les magmas ont changé de composition chimique, d’un régime chaud à l’Archéen produisant une croûte continentale à base de Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite (TTG) vers une terre plus froide produisant principalement des magmas calco-alcalin. Cet effet a été interprété comme un changement majeur de la géodynamique terrestre correspondant aux débuts de la tectonique des plaques.
Cependant, de nombreuses incertitudes subsistent sur les conditions physiques de la terre primitive (composition de la croûte, régime géodynamique) car les indices géologiques à cette période sont extrêmement rares. Nous aborderons l’évolution dynamique de la Terre via l’analyse d’échantillons terrestres et décrirons les différents débats actuels sur les débuts de la tectonique des plaques. Nous verrons également les différences crustales et dynamiques entre la Terre, la Lune, Mars et Vénus.

Ce n’est que 100 à 150 Ma après l'accrétion de la Terre que les premiers continents ont commencé à se former à partir des premiers magmas différenciés. Il est probable que l’eau liquide se trouvait déjà à la surface de la planète. Par l'analyse d'échantillons exceptionnels dans des vieilles roches sédimentaires connues à la surface de notre
planète, nous verrons avec quelles méthodes et comment ces roches, datées entre 3,5 à 2,5 Ga, permettent de reconstituer ces paléo-environnements et d’obtenir des indices sur les traces de vie primitive. Aussi, nous décrirons comment la Vie archéenne a pu influencer la nature et la composition des enveloppes externes de notre planète, par exemple la grande oxygénation de l’atmosphère il y a ~2.5 Ga.

• Langue : français
• Intervenant / Coordinateur : Sylvie DUCKI
• Public cible : doctorants inscrits à l’Ecole Doctorale des Sciences Fondamentales
• Prérequis : aucun
• Durée : 12h
• Nb maximum de participants : non limité
• Validation : 1 module de l’ED Sciences Fondamentales
• Dates :  

Méthodes

Le module s’organise autour de conférences animées par des intervenants de l’UCA dans leur domaine d’expertise (Chimie, Physique, Mathématiques, Mécanique, Volcanologie).L’objectif de ce module est de présenter la biographie et les découvertes/inventions des scientifiques MADE IN FRANCE, de manière vulgarisée. Les intervenants montreront ainsi comment ces travaux/découvertes ont contribué ou impacté la Science / le monde d’aujourd’hui. Ils concluront leur intervention par une présentation de leur laboratoire et de leur thématique de recherche. Un temps d’échange (questions, commentaires, discussion) entre les doctorants et les intervenants est prévu à l’issue de chaque conférence. Les conférences pourront être délivrées en anglais. A la fin du module, une visite thématique (1/2 journée) sera organisée.

Contenu

Physicienne et chimiste polonaise, naturalisée Française en 1895, elle a obtenu le prix Nobel de physique en 1903 pour ses recherches sur la radioactivité, et le prix Nobel de Chimie en 1911 pour ses travaux sur le polonium et le radium.

Pharmacien et chimiste Français, il a reçu le prix Nobel de chimie en 1906 pour ses travaux sur le fluor et pour la réalisation du four électrique.

Chimiste et physicien de formation, pionnier de la microbiologie, L’observation des cristaux le conduit à l’étude de la fermentation, puis au procédé de pasteurisation, mais il est reconnu pour avoir mis au point un vaccin contre la rage.

Né en 1623 à Clermont-Ferrand, personnage incontournable, en 2023, on fêtera les 400 ans de sa naissance. Mathématicien, physicien, inventeur, il invente la première machine à calculer (la pascaline, 1642). Génie littéraire et philosophe, il est l’auteur des Pensées.

Mathématicien, physicien, philosophe, il est connu pour ses travaux en optique et en calcul infinitésimal y compris ses applications en astronomie et en physique.

Katia et Maurice KRAFFT : couple de volcanologue, vulgarisateurs scientifiques, ont produit de nombreux films en allant filmer au plus près des volcans.
Haroun TAZIEFF : Ingénieur agronome, vulcanologue et écrivain Russe, naturalisé Français en 1971, il est considéré comme un des pères fondateurs de la volcanologie moderne. Rixe politique et controverse autour de la Soufrière.

150 ans OPGC. Climat…

Artiste, scientifique, ingénieur, inventeur, botaniste, philosophe et écrivain Italien, son séjour en France entre 1516 et 1519 lui offre les conditions idéales pour continuer ses recherches (anatomie, hydraulique)

• Langue : français
• Intervenant / Coordinateur : C. PLANCHE
• Public cible : doctorants inscrits à l’Ecole Doctorale des Sciences Fondamentales
• Prérequis : aucun
• Durée : 15h
• Nb maximum de participants : non limité
• Validation : 1 module de l’ED Sciences Fondamentales
• Dates :  

Objectifs

Dans le débat concernant le réchauffement planétaire, la compréhension du fonctionnement du système climatique s’avère fondamentale. Les évolutions récentes observées à l’échelle globale ont placé l’Homme dans le fonctionnement du système. En effet, la période dite «Anthropocène» montre, entre autre, son interaction avec le cycle biogéochimique du carbone qui a déclenché des processus à des échelles de temps plus courtes et sans précédent. La modélisation du système climatique, combinée avec des scénarios du comportement sociétal futur, est alors le seul moyen d’anticiper les évolutions climatiques à venir.

Néanmoins, dans les projections climatiques actuellement simulées par différents modèles numériques à l’échelle globale, les nuages constituent la principale source d’incertitude. En effet, ils recouvrent environ les deux tiers de la surface terrestre et jouent donc un rôle fondamental dans le bilan énergétique du système climatique. En fonction de leur nature (altitude, épaisseur, propriétés microphysiques), en lien avec les mouvements atmosphériques de plus grande échelle, ils modulent le bilan énergétique de la planète : diminution de l’énergie solaire et/ou piégeage de l’énergie thermique. Ils sont aussi à l’origine des précipitations (pluie, neige) et impactent fortement le cycle de l’eau. La connaissance des mécanismes gouvernant leur cycle de vie progresse, mais n’est pas encore assez développée pour bien évaluer leur rôle dans le cadre du changement climatique, sur la qualité de l’air ainsi que l’occurrence des évènements météorologiques extrêmes associés.

Ce module a donc pour objectifs de rappeler les éléments qui sont essentiels pour le climat sur Terre et de montrer comment leurs interactions permettent de comprendre la variation des climats passés, mais aussi le rôle incertain qu’ont les nuages dans le climat à venir.

Méthodes

Les différentes conférences seront effectuées par des enseignants-chercheurs et chercheurs du Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP) dont les activités de recherche s’inscrivent dans cette thématique, que ce soit par l’expérimentation avec les observations réalisées en nuage à des stations de mesures (comme par exemple au sommet du puy de Dôme) ou à bord d’avions de recherche, et réalisées par des outils de télédétection au sol ou spatio-embarqués mais aussi par la modélisation avec le développement d’outils numériques à la pointe des avancées de la recherche.

Contenu

Ce module sera composé de plusieurs conférences qui pourront être effectuées en anglais sur les différents aspects suivants :

1. Rappel des éléments essentiels pour le climat : les flux d’énergie ; le cycle de l’eau ; la circulation planétaire atmosphérique et océanique ; le cycle du carbone
2. la compréhension de la variabilité des climats passés
3. la formation et l’évolution des nuages
4. le rôle des nuages dans le système climatique
5. l’apport de l’observation pour l’étude du rôle des nuages
6. les scénarios du comportement sociétal futur et le climat futur résultant ; stratégies de mitigation

• Language: English
• Target Audience: Phd candidates from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Prerequisite: none
• Teachers: D. SOLNYSHKOV
• Duration: 18h00
• Maximum Number of participants: unlimited
• Validation: 1 module from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Calendar: 

Objectives

Content

• Theory of Measurement in QM (Copenhagen Interpretation) ;
• Incomplete aspect of QM : EPR Paradox ;
• D.Bohm’s point of view. Causality in QM ;
• Bell’s Inequalities ;
• Experimental tests of Bell hypothesis (Aspect experiment) ;
• Decoherence in QM (Zurek Approach) ;
• Open questions in Modern QM.

• Origin and Interpretation of Feynman Integral in QM ;
• Feynman Integral in Quantum Electrodynamics ;
• Feynman Integral in Statistical Physics ;
• Modern Applications of Feynman Integral ;

• Quantum Geometry Tensor ;
• Berry Phase. It’s role in QM ;

The subjects exposed above are very flexible. Other questions, especially in part III, could be approached and studied according to the interest of the audience.

Registration on ADUM for 2024-2025 : https://adum.fr/script/formations.pl?mod=3552409&site=MINESPT

• Language: English
• Target Audience: Phd candidates from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Prerequisite: none
• Teachers: K. GUERIN ARAUJO DA SILVA
• Duration: 16h00
• Maximum Number of participants: unlimited
• How to validate: follow at least 4 conferences and sign the attendance sheet
• Validation:
  • 1 module from Doctoral School of Fundamental Sciences
  • 1 module from Doctoral School Life, Health, Agronomy, Environment
• Calendar: 

Objectives

Content

This course will consist of 12h00 of lectures (4x3h) and 4 h of tutorials given by 4 researchers all working on transdisciplinary projects implying energy storage. Owing to the non specialist audience of this proposed course, an application-oriented approach will be adopted and the necessary basics will be provided within each lecture.

High performing energy storage devices for high-power applications including heavy electric vehicles, energy-efficient cargo ships and locomotives, aerospace and stationary grid systems are needed. Such devices require systematic design and fabrication of composite material and conductive polymers. Electrochemical capacitors based on nanostructured carbon can complement or replace batteries in electrical energy storage and harvesting applications, when high power delivery or uptake is needed. Energy storage devices’ widespread applications in industrial, hybrid electric vehicles and commodity electronics could be facilitated through careful selection of electrolyte-electrode systems. Good understanding of the charging mechanism is key to improving the device's performance.

Registration on ADUM for 2024-2025 : https://adum.fr/script/formations.pl?mod=3555408&site=MINESPT

• Language: English
• Target Audience:
  • Phd candidates from Doctoral School of Fundamental Sciences
  • PhD students from the Doctoral School Life, Health, Agronomy & Environment
• Prerequisite: none
• Teachers: Alain DEQUIDT
• Duration: X conférences (1h30-3h00 par conférence)
• Maximum Number of participants: unlimited
• Validation:
  • 1 module from Doctoral School of Fundamental Sciences
  • 1 module from Doctoral School Life, Health, Agronomy, Environment
• Calendar: dates to come by mail

Objectives

Content

• models, representation & construct of complex molecules ;
• material and biomaterials chemistry ;
• surface science
• biochemistry apply to health domain
• peptide-lipid interactions
• isotopic measurement

The speakers and guest speakers come from research units from across France or from industry.

Registration on ADUM for 2024-2025 : https://adum.fr/script/formations.pl?mod=3646070&site=MINESPT

• Language: English
• Target Audience: Phd candidates from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Prerequisite: none
• Teachers: Marc DUBOIS
• Duration: 11h
• Maximum Number of participants: unlimited
• Validation: 1 module from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Calendar: dates to come by mail

Content

This lecture gives a representative example of a multidisciplinary work aiming to develop a new class of materials: reflectors for slow neutrons. For that purpose, nanomaterials (nanodiamonds) are treated and densified in order to design a reflector. Halogenation (fluorination and chlorination) will be especially investigated to chemically modify and purify the nanoparticles. Another process allows the densification of the powder without change of the particle diameter and without use of any binder.
Neutron and synchrotron radiation techniques, and the diffusion of neutrons are carried out on the resulting powders. Each of these topics will be described generally and more specifically for the application as a slow neutron reflector.
Beyond the specificity of the example of material designed here, this self-consistent course will give a great example of a multidisciplinary collaboration involving chemists and physicists of materials as well as physicists of neutrons who join their competencies to develop a new material. Such knowledge is of great interest for future researchers in material science.

Slow neutron reflectors, applications and drawbacks; strategy to develop the first slow 
neutron reflector by replacing the atoms/nuclei by nanoparticles

PART I
I.1 The carbon nanomaterials, their potentialities and their chemical treatments towards applications
I.2 Controlled and reversible chemical modification of carbon nanomaterials: possible approaches including fluorination, interests and properties
I.3 Assembly of nanomaterials: focus on densification and high pressure synthesis, from basic concepts
to applied processes

PART II
Characterization of nanomaterials using neutrons, investigation of slow neutron reflectivity

Registration on ADUM for 2024-2025 : https://adum.fr/script/formations.pl?mod=3646277&site=MINESPT

• Language: English
• Target Audience: Phd candidates from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Prerequisite: none
• Teachers: Andrzej STOS
• Duration: 16h
• Maximum Number of participants: unlimited
• Prerequisites:
  • General mathematics from the first two years of a scientific undergraduate program (matrix calculus, partial derivatives, gradients)
  • Basic knowledge of probability and statistics
  • Python programming will be used for practical experiments; a beginner level should be sufficient
• Validation: 1 module from Doctoral School of Fundamental Sciences
• Calendar: dates to come by mail

Content

In this course, we aim to closely study modern artificial intelligence methods to better grasp their real potential and understand the ethical and societal issues arising from this technology.
After a brief historical overview of AI development, we will examine recent methodologies for training neural networks using (very) large datasets. We will explore the mathematical fundamentions of such approaches, in particular Gradient Descent and Backpropagation algorithms.  We will build operational models to perform basic approximation or classification tasks, with a particular focus on computer vision. Finally, in the last part of the course, we will introduce recent applications of generative AI. We will cover the transformer architecture, which underpins models like ChatGPT and Claude.
In general, this is a descriptive course that primarily introduces concepts. Advanced mathematical formalism is not required, but familiarity with topics taught in the first two years of a scientific undergraduate degree (see a list of prerequisites below) will be helpful. Additionally, as mentioned above, we will conduct several guided practical programming experiments to construct models that illustrate the methods discussed. We will use the Python programming language and its libraries.

Outline

• Statistical learning and neural networks: from theory to initial practical implementations
• Mathematical foundations of neural networks: gradient descent, backpropagation
• Convolutional neural networks (CNN): image recognition, finetuning, transfer learning
• Autoencoders, variational autoencoders
• Transformers (ChatGPT, Bard, etc.)