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MU4CI303 Spectroscopies et microscopies à champ proche : sondes de structure et de réactivité - Master de Chimie

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Description illustration de l'article

MU4CI303

Spectroscopies et microscopies à champ proche : sondes de structure et de réactivité

 

Mots clés : Spectroscopies atomiques et moléculaires – Résonance magnétique nucléaire – Microscopies à champ proche - Surfaces – Molécules de milieu atmosphérique et du vivant

Responsable

Alain Dubois, Professeur – Laboratoire de Chimie Physique – Matière et Rayonnement, Sorbonne Université

ECTS

Cours

TD

TP

Tutorat

Ecrit

CC

TP

Oral

Eval. répartie

6

40h

 

8h

12h

60

20

20

 

non

Descriptif de l’UE

Les enseignements visent à approfondir et appliquer les fondements de l’interaction rayonnement-matière et de plusieurs techniques de spectroscopie (d’émission/absorption et de résonance) et de microscopie (à champ proche) qui permettent de sonder la matière que les chimistes et les physico-chimistes élaborent et étudient. Généraliste dans ces illustrations, l’UE s’adresse à tous les étudiant(e)s de Master qui cherchent (i) à approfondir leurs connaissances dans des spectroscopies avancées mais aussi (ii) à appliquer ces dernières à l’étude d’objets variés : molécules du milieu atmosphérique, macromolécules en milieu biologique, surfaces et matériaux des nanosciences.

Objectifs d’apprentissage

A l’issue de nos enseignements pratiques et théoriques, les étudiants pourront identifier les techniques de caractérisation utilisées à partir d’étude de spectres qu’ils interpréteront et analyseront. Ils pourront justifier ou prédire la structure d’un système à partir de ces données mais aussi le situer dans un environnement chimique ou physique particulier. Ils devront pouvoir proposer l’utilisation et l’association des caractéristiques de plusieurs techniques dans des études de cas pris dans différents champs d’application.

PrErequis

Connaissances et compétences développées dans les UE de Licence de spectroscopie (notamment LU2CI005, LU3C021) et d’étude des structures des atomes et des molécules (LU2CI001, LU3CI001)

Langue

Cours, TD, TP

Documents

Bibliographie

 

anglais ou français

anglais

anglais

Fonctionnement de l’UE

 

Les enseignements de l’UE s’organisent autour de deux cours principaux, de deux conférences axées sur un thème d’étude unique et des mises en situation expérimentale:
-  Spectroscopies atomiques et moléculaires. Les principes fondamentaux qui gèrent l’interaction entre le rayonnement et la matière sont présentés et l’accent est mis particulièrement sur les bases théoriques qui décrivent les spectroscopies d’émission et d’absorption. Les règles de sélection et les caractéristiques des raies (intensités et largeurs) sont décrites et illustrées pour des systèmes atomiques. Les spectroscopies moléculaires de rotation, de vibration et électronique sont ensuite présentées, notre objectif étant d'apporter aux étudiant(e)s une vision pratique de celles-ci : leurs principes généraux et caractéristiques  sont illustrés dans des exemples concernant, entre autres, des systèmes moléculaires présents dans le milieu atmosphérique.
- Résonance magnétique nucléaire. La RMN est une technique spectroscopique fascinante permettant de sonder les propriétés de la matière à l’échelle atomique. Les concepts fondamentaux de la RMN sont introduits à l’aide du modèle vectoriel ; la spectroscopie à deux dimensions de fréquence est présentée et illustrée par deux expériences classiques. Nous abordons le phénomène de relaxation en RMN, ses manifestations les plus importantes et son exploitation pour l’étude des processus dynamiques dans les macromolécules biologiques. En particulier, le traitement de l’effet des réactions chimiques à l’équilibre sur les signaux de RMN est présenté et appliqué à l’étude de mécanismes enzymatiques.

Finalement deux conférences didactiques élargiront l’enseignement vers d’autres techniques expérimentales rassemblées autour d’une structure donnée: les surfaces et leurs propriétés et réactivités. Les méthodes d’analyse que sont la spectroscopie de photoémission et les microscopies à champ proche (STM et  AFM) donnent en effet de nombreuses informations complémentaires sur les surfaces (en nanosciences, catalyse, biologie, ...), comme la composition chimique, les propriétés d'adhésion, ... et la possibilité de visualiser (et manipuler) des structures atomiques ou moléculaires. Les quatre thèmes abordés dans l’enseignement seront appliquées par des travaux pratiques ou des mises en situation expérimentale dans des laboratoires de notre université et lors d’une visite au synchrotron SOLEIL.