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Projets de fin d'étude (PHY 3030)

Les projets de fin d’études (PHY 3030) offrent une occasion pour les étudiants inscrits au programme de baccalauréat en physique de se familiariser avec le domaine de la recherche. Le projet doit être un travail personnel original et en majeure partie autonome effectué sous la supervision d’un professeur du Département de physique ou d’une autre personne agréée par le responsable du cours. L’étudiant doit y démontrer une maîtrise certaine des connaissances de base en physique ainsi que des principes qui sous-tendent la méthode scientifique. L’étudiant devrait consacrer à son projet au moins une journée par semaine ou son équivalent. Sauf exception autorisée, le projet doit être dans le domaine de l’orientation dans laquelle l’étudiant est inscrit.

Afin de s'assurer que les projets se déroulent bien, les balises suivantes sont appliquées rigoureusement :

  • Il revient à l’étudiant de se trouver un projet et un superviseur. Une liste non exhaustive de projets proposés par les professeurs du Département de physique se retrouve ci-dessous.
  • L’étudiant doit communiquer par courriel le titre et le résumé du projet de même que le nom du professeur qui a accepté de l’encadrer au responsable du cours. Pour connaître la date limite de remise, consultez l’horaire du cours PHY 3030 ici : Cours et horaires - Département de physique - Université de Montréal (umontreal.ca)
  • L’étudiant doit remettre son rapport avant la fin de la période d’examen.
  • Il revient au professeur qui encadre le projet de transmettre sa note au responsable du cours dans les délais prescrits.

Ne tardez pas trop, si vous désirez travailler dans un domaine ou avec un professeur en particulier, car les projets s'envolent vite.

Astrophysique

Pierre Bergeron :

  • Étude des propriétés atmosphériques des étoiles naines blanches 
    Les étoiles naines blanches représentent le dernier stade évolutif de plus de 97% des étoiles dans la Galaxie, y compris notre Soleil. Ayant épuisé les sources d'énergie nucléaires en leur centre, les naines blanches se refroidissent tranquillement sur des périodes de temps de plusieurs milliards d'années. Elles possèdent une masse comparable à celle du Soleil mais dans un volume égal à celui de la Terre, ce qui en fait donc des objets extrêmement compacts dont la densité est un million de fois celle du Soleil. L'étude de ces cadavres stellaires et la détermination de leurs paramètres fondamentaux tels leur température, leur masse et leur composition chimique nous renseignent non seulement sur la nature de ces étoiles, mais aussi sur le lien évolutif avec les étoiles qui les ont engendrées. La méthode la plus précise utilisée pour mesurer les paramètres fondamentaux des étoiles naines blanches consiste à comparer en détail les données spectroscopiques, c'est-à-dire la distribution du flux en fonction de la longueur d'onde, avec les prédictions théoriques obtenues à partir de modèles d'atmosphère, une méthode peaufinée depuis des années à l'Université de Montréal. Le but de mes projets est d’utiliser différents types de données d’observation (mesures photométriques, spectroscopiques, etc.) et de les comparer aux prédictions théoriques obtenues de calculs détaillés de modèles d’atmosphère (en particulier à partir de nouveaux modèles hydrodynamiques tridimensionnels) afin de mesurer les propriétés fondamentales de ces étoiles naines blanches, telles leur température, gravité de surface, masse, composition chimique, etc., et ainsi mieux comprendre leur nature et leur évolution.

Paul Charbonneau :


René Doyon :

  • Recherche de Naines Brunes à partir du Relevé de Mouvement Propre SIMP
  • Recherche de Naines Blanches à partir du Relevé de Mouvement Propre SIMP


Patrick Dufour :

  • Analyse de la variabilité photométrique d'étoiles naines blanches à atmosphère de carbone
    Ce projet consiste à analyser des courbes de lumière (mesure de l'intensité lumineuse en fonction du temps) de naines blanches pulsantes ayant été observées au télescope 1.6m du mont Bigelow en Arizona. L'analyse de ces données permettra à l'étudiant de se familiariser avec les concepts de base de l'astéroséismologie stellaire, une branche de l'astronomie qui permet de sonder la structure interne des étoiles à partir de leurs propriétés vibratoires.

Julie Hlavacek-Larrondo :

  • Les tours noirs supermassifs et les amas de galaxies (déjà un étudiant pour l'automne 2016)
    Pour ce projet, l'étudiant(e) aura comme objectif de réduire des nouvelles données prises du télescope Jansky Very Large Array (JVLA). Il s'agit du télescope radio le plus performant à date, et les données portent sur un amas de galaxies qui a des propriétés exceptionnelles. Une fois réduites, l'étudiant(e) devra comparer l'image produite avec une image rayons-X du télescope Chandra, ainsi que des images prisent avec le télescope Hubble. Il/elle devra finalement analyser le tout sous formed'article scientifique.

David Lafrenière :

  • Détection et caractérisation d’exoplanètes
    Mon groupe de recherche travaille sur la détection et la caractérisation d’exoplanètes en utilisant plusieurs instruments opérant aux longueurs d’onde visibles et infrarouges installés sur de grands télescopes au sol et dans l’espace. Au niveau de la détection, l’accent est actuellement mis sur la recherche et la confirmation de transits d’exoplanètes par observations photométriques à haute précision. Au niveau de la caractérisation, nous utilisons principalement la technique de spectroscopie de transit à moyenne et à très haute résolution spectrale pour sonder la composition et plusieurs autres propriétés (température, nuages, vents) des atmosphères d’exoplanètes. En plus des analyses scientifiques de nos données d’observations, nous travaillons aussi constamment à l’amélioration de nos algorithmes et de nos outils d’analyse en y intégrant des approches novatrices. Des projets de recherche sur ces différents sujets sont disponibles pour des étudiants au baccalauréat.

Daniel Nadeau :

Physique des plasmas

Ahmad Hamdn :

  • Décharge nanoseconde dans un liquide diélectrique

En appliquant une impulsion courte (50-500 nanosecondes) positive ou négative sur une électrode immergée dans un liquide diélectrique, on est capable de générer un plasma par ionisation directe du liquide. Le plasma généré a des propriétés relativement nouvelles et mal connues. Dans ce projet, en travaillant avec d’autres scientifiques, l’étudiant effectuera des mesures électriques et optiques (imagerie et spectroscopie d’émission) pour découvrir la nouvelle physique des plasmas dans les liquides.

 

  • Plasma d’air en contact avec un liquide

L’interface plasma-liquide est un milieu extrêmement réactif à travers lequel il a un échange des espèces réactives. Bien que la caractérisation d’un tel interface reste un défi dans le domaine plasma-liquide, une compréhension fondamentale des mécanismes physico-chimiques est essentielle pour optimiser le système vers une application donnée. Par exemple, pour dépolluer l’eau, il est important de former les radicaux OH via la dissociation de l’eau et ensuite optimiser leurs transports vers la phase liquide pour dégrader les polluants. L’étudiant intéressé par ce sujet, en travaillant avec des scientifiques, contribuera à l’étude de la physique d’un plasma en contact avec un liquide, l’interface plasma-liquide  ou encore la phase liquide après traitement par plasma.

 

  • Décharge électrique dans des bulles dans un liquide

Les plasma multiphasiques est un domaine de recherche relativement nouveau et a beaucoup de potentiel pour des applications technologiques. Dans ce projet, notre intérêt est de générer un plasma dans des bulles de gaz dans un liquide. Les avantages de cette approches sont énormes, par exemple, les propriétés d’un plasma dans la bulle peuvent être modulées suivant la nature du gaz à l’intérieur de la bulle. Ensuite, les réactions physicochimiques entre le plasma et le liquide deviennent ajustables. En travaillant avec des scientifiques, l’étudiant étudiera une nouvelle physique des plasmas multiphasiques. En utilisant des caméras ultra-rapides, des sondes électriques et des spectromètres, les propriétés fondamentales des plasmas multiphasiques seront étudiées.


Luc Stafford :

  • Modification par plasma d'une photorésine utilisée dans la fabrication des MEMS
    Dans le cadre d'une collaboration avec la compagnie Dalsa Semiconducteurs, nous nous intéressons à l'étude de la modification d'une nouvelle photorésine négative utilisée dans la gravure par plasma de semiconducteurs destinés à des applications MEMS. Le projet consiste en l'étude de l'influence de diverses espèces actives du plasma (en particulier les ions positifs, les rayons UV et les atomes métastables) sur les propriétés chimiques et structurales de la résine après traitement. Ce projet fera appel à divers diagnostics du plasma (en particulier la spectroscopie optique d'émission et d'absorption ainsi que la sonde de Langmuir) ainsi que des mesures de microscopie électronique à balayage (MEB) et de spectroscopie des électrons Auger.

  • Mesures TALIF au voisinage d'échantillons de bois
    Depuis 2 ans, nous nous intéressons à la fonctionnalisation du bois par traitement plasma. Afin de mieux comprendre le rôle de chaque espèce active du plasma dans les mélanges N2/O2, nous désirons mettre en place un montage de fluorescence induite par laser à deux photons (TALIF). Dans ce projet, l'étudiant contribuera à la mise en place du montage et à son application à la mesure de la distribution spatiale des atomes d'oxygène et d'azote au voisinage de divers substrats de bois.

Joëlle Margot :

  • Mesures électriques et spectroscopiques dans un plasma à couplage inductif de basse pression.

Physique des particules

Jean-François Arguin :

  • Apprentissage profond pour l’analyse des données du Grand collisionneur de hadrons (LHC)
    Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN collisionne des protons à 99.999999% de la vitesse de la lumière ce qui permet de reproduire les conditions de l’Univers une fraction de seconde après le Big Bang. Il a été utilisé pour découvrir le boson de Higgs en 2012. Malgré l'énorme succès du Modèle Standard de la physique des particules à décrire les résultats expérimentaux, il est clair que celui-ci n’est pas la théorie ultime de l’Univers puisqu’il ne peut expliquer, par exemple, l'existence de la matière sombre. Les données du LHC sont complexes et abondantes de telle sorte qu’elles sont un terreau fertile pour l’application de l’apprentissage profond, la technique d’intelligence artificielle la plus prometteuse de nos jours. Il y a deux projets disponibles sur ce sujet:

    1. l’identification des électrons par apprentissage profond
    2. la recherche de nouvelle physique dans les données du LHC par technique de détection d’anomalie. Ces projets ne nécessitent pas de connaissances préalables en apprentissage profond


Georges Azuelos :


Claude Leroy :

  • Projet TIMEPIX au RJAL (peut prendre 2 étudiants)
    Le projet porte sur le détecteur TIMEPIX au silicium à pixels (256x256 pixels, ayant chacun une aire de 55 x 55 µm2). L'épaisseur de la couche de silicium est de 300 µm. Le détecteur TIMEPIX est un détecteur à seuil. Grâce à sa fonction ToT (Time-over-Threshold, temps durant lequel le signal est au-dessus du seuil) le détecteur TIMEPIX permet de mesurer l'énergie déposée dans chaque pixel par une radiation incidente. Une particule frappant le détecteur va y laisser une trace formée par l'activation de un ou plusieurs pixels. Les données sont enregistrées sous la forme d'images appelées " cadres " qui affichent le statut de tous les pixels (65536) après un temps d'exposition donné à la radiation incidente. Différentes formes d'amas de pixels illuminés par la radiation incidente sont visibles comme traces dans les " cadres " enregistrés. La forme d'une trace est caractéristique du type de particule, de son énergie, de son angle d'incidence et de la nature de son interaction dans le silicium. Un code d'analyse a été écrit et développé par notre groupe qui permet de reconnaitre les formes de traces et associer ces formes à des types de particules. Le projet demande à ce que l'étudiant applique ce code d'analyse à des données prises avec des faisceaux de protons et de particules alpha produits par l'accélérateur tandem du RJAL et des sources radioactives (émettant des électrons, particules alpha, photons). Le but du projet pour l'étudiant est de participer à l'achèvement du programme de caractérisation des détecteurs TIMEPIX en vue de leur opération dans le détecteur ATLAS au CERN. En effet un réseau de ces détecteurs Timepix a été installé dans le détecteur ATLAS et prend des données dans le cadre du " Run II " qui a débuté en juillet 2015. Ce projet peut accueillir un deuxième étudiant qui pourrait étudier la calibration du détecteur TIMEPIX avec une source (241Am) de particules alpha afin de convertir les mesures ToT en unités de nombre de coups en des mesures en unités d'énergie en keV, ce qui est nécessaire pour la reconstruction dans le volume entier du TIMEPIX des traces en 3D et de l'effet de partage de charge dû à l'étalement latéral des porteurs de charges créés par l'interaction d'une particule ionisante dans la couche de silicium du TIMEPIX. Des détecteurs Timepix basés sur le GaAs et le CdTe comme matériaux sensibles sont aussi utilisés par notre groupe depuis mai 2015 et les étudiants intéressés peuvent participer aux études de caractérisation avec faisceaux et sources en vue du développement d'un réseau de détecteurs GaAs pour ATLAS et CdTe pour des applications d'imagerie médicale.

David London :

  • La Violation CP
    CP (conjugaison de charge - parité) est la symétrie qui relie la matière et l'antimatière. Au début de l'univers, il y avait des quantités égales de matière et d'antimatière. Cependant, lorsque l'univers s'est refroidi, formant ainsi les étoiles, les galaxies, etc., presque toute l'antimatière a disparu. Donc, en cours de route, CP a dû être violée. Trouver l'origine de cette violation CP est un des problèmes principaux de la physique des particules. Nous observons la violation CP à basses énergies. Ce phénomène s'explique dans le cadre du modèle standard (MS). Mais l'effet dans le MS est trop faible pour expliquer la violation CP dans l'évolution de l'univers. Donc il doit y avoir de nouvelles contributions à la violation CP - la nouvelle physique.

    Ce projet vise à explorer ce sujet en plus grand détail. Nous commencerons par réviser les signaux de la violation CP dans le système des kaons. Ensuite, nous examinerons l'explication du MS (une phase dans la matrice CKM). La plus grande partie du projet consiste à reproduire des résultats d'articles qui élaborent les prédictions du MS pour la violation CP dans le système des mésons B. Nous comparerons ces prédictions avec les mesures expérimentales. Finalement, si nous avons le temps, nous examinerons d'autres possibilités pour la découverte de cette nouvelle physique.

Richard MacKenzie :


Manu Paranjape :


Viktor Zacek :

  • Localisation d'événements dans les detecteurs PICASSO pour la recherche des particules candidates de la matière sombre
    Le projet PICASSO utilise des détecteurs de gouttelettes à liquides surchauffés. L'interaction du rayonnement avec les gouttelettes métastables induit une transition de phase qui peut être détecté par des capteurs piézoélectriques. Une triangulation similaire à celle du GPS permet une localisation précise au mmm près des événements dans le détecteur. Le système de lecture est fonctionnel ainsi que des logiciel d'analyse. But du projet est d'améliorer la l'efficacité de reconstruction ainsi que d'améliorer la précision de localisation.
Matière condensée

Andrea Bianchi :

  • Croissance et caractérisation des aimants fortement frustrés et identifications des états fondamentaux des nouveaux états quantiques


Michel Côté :

  • Analyse d'isolants topologiques et de matériaux corrélés à l'aide de méthode ab initio

    Le sujet de ce projet de recherche est les isolants topologiques. Ces nouveaux matériaux sont une nouvelle classification des isolants pour lesquels la structure électronique démontre une topologie non triviale. Plusieurs candidats de matériaux ont déjà été identifiés et certains ont même été caractérisés expérimentalement.

    Le but de ce projet sera de se familiariser avec la méthode du calcul des phases de Berri dans un contexte de calcul de structure électronique. À l'aide de la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité, il est possible de calculer les propriétés voulues. Il est essentiel d'impliquer le couplage spin-orbite et le calcul de polarisation.

Normand Mousseau :

  • Physique statistique des réseaux.

    Les réseaux sont partout autour de nous: réseau internet, bien sûr, mais aussi réseau de connaissance, réseau protéique gérant les relations entre les protéines d'une cellule, réseau téléphonique. Malgré la diversité des domaines où on les retrouve et leur nature fondamentale ou construite par l'humain, ces réseaux partagent des propriétés similaires. Ce projet vous permettra d'en découvrir quelques-unes.

Richard Leonelli :

  • Anisotropie en polarisation de la photoluminescence de semi-conducteurs

Sjoerd Roorda :

  • Modification ou analyse des matériaux par faisceaux ionique

    Les accélérateurs tandem (1.7 et 6 MV) sont utilisés pour irradier des échantillons de matériaux (semiconducteur, isolant, magnétique, optique ..) avec le but de modifier ou étudier leurs propriétés. La méthode de modification, appelée implantation ionique, peut servir pour doper le matériau avec des impurétés pour créer des défauts, ou même pour rendre le matériau amorphe. L'analyse des matériaux se fait soit à l'accélérateur, souvent par RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry) ou canalisation, soit ailleurs sur le campus dans un des laboratoires du GCM. Les détails du projet seront déterminés en début de chaque session.

François Schiettekatte :

  • Mesure de la fonction d'écrantage dans les collisions à moyenne énergie

    Lors de collisions interatomiques, les atomes exercent l'un sur l'autre une force répulsive. À haute énergie (MeV), le phénomène est bien compris : c'est l'expérience de Rutherford. La collision peut être alors être traitée comme une collision noyau-noyau. Mais à plus basse énergie, la distance minimale d'approche est plus grande que le rayon moyen de l'orbitale de plusieurs électrons de coeur, et ceux-ci se trouvent à écranter la charge des noyaux. À la limite, si la distance minimale d'approche est de quelques nm, les atomes se perçoivent comme neutres et n'interagissent pas : il n'y a pas de collision.

    Ce processus affecte donc significativement plein de processus comme les mesures en analyse par faisceau d'ions et les processus de pulvérisation par plasma. Or, la façon de déterminer cette fonction d'écrantage est de l'estimer par un calcul de mécanique quantique statique (solution indépendante du temps). Mais une collision est un phénomène dynamique, et dans bien des cas, la vitesse des ions est semblable à celle des électrons. Il n'est donc absolument pas clair que le calcul statique reproduit adéquatement la fonction d'écrantage.

    Au cours de ce projet, l'étudiant aura à mesurer grâce à l'accélérateur Tandem le taux de collision d'ions lourds sur une feuille d'or en fonction de l'angle et de l'énergie, de manière à pouvoir comparer les valeurs obtenues à la fonction déterminée par un calcul de mécanique quantique statique. Une première étape consistera à s'assurer d'une lecture fiable de la charge incidente sur la cible, et une estimation précise de l'angle solide des détecteurs.

Carlos Silva :

  • Compression des impulsions laser ultra-brèves avec une masque de phase optique adaptive

William Witczak-Krempa :

  • Intrication comme empreinte digitale des états quantiques

    L'intrication est une propriété fondamentale de la physique quantique, elle connecte de manière non-locale plusieurs particules (électrons, photons, etc). L'étude de l'intrication dans les matériaux permet de mieux comprendre ce qui se passe dans des états exotiques, disons près d'une transition de phase quantique. L'étudiant sera amené à étudier l'intrication quantique dans certaines phases quantiques, de manière analytique et numérique. Il sera familiarisé avec certains rudiments de la théorie des champs quantiques.
Biophysique

Rikard Blunck :

  • Biophysique - Fluorométrie en voltage-imposé

    Les canaux ioniques dépendants au voltage sont les protéines responsables de la propagation de l'influx nerveux. Ils sont à la base de toutes les activités du cerveau ou des muscles. Dans ce projet, nous étudions comment les canaux fonctionnent. Les canaux sont construits de deux modules, le senseur de voltage et le pore qui laisse passer les ions à travers la membrane cellulaire. Nous voulons savoir comment le senseur du voltage fait pour faire ouvrir le pore lorsque le potentiel membranaire dépasse un certain seuil potentiel. Ce processus est appelé « couplage électromécanique ».

    Nous faisons d'abord des mutations dans les canaux avant de les exprimer dans les ovocytes de grenouilles. En utilisant la spectroscopie de fluorescence et l'électrophysiologie nous pouvons observer le mouvement à l'intérieur de la protéine avec une précision pouvant atteindre 1 Å.

    L'étudiant sera chargé de caractériser un mutant modulant le couplage électromécanique. Ce projet implique de générer la mutation, faire les mesures et analyser les résultats.

  • La spectroscopie de fluorescence en bicouche lipidique planaire

    La classe des toxines formeuses de pores inclut plusieurs pathogènes comme la toxine du tétanos, de l'anthrax ou la toxine botulique (ce que l'on appelle dans la langue courant le Botox). Nous étudions les mécanismes de formation de pores par l'anthrax et par la colicin Ia. Nous utilisons le transfert résonant d'énergie de Förster (FRET). Les bicouches sont formées sur des petits chips, qui nous permettent de les observer à l'aide d'un microscope inversé. Comme ça, on peut simultanément déterminer le mouvement des toxines dans la bicouche et l'apparition du courant électrique lorsque le pore est formé. Le but de cette étude est de mieux comprendre le mécanisme de formation de pores afin de développer des stratégies pour contrer leurs effets néfastes.

    L'étudiant sera chargé de caractériser le mécanisme de formation de pores observé pour des mutants spécifiques en utilisant de la spectroscopie de fluorescence dans des bicouches lipidiques planaires.
Physique médicale

Hugo Bouchard :

  • Projet en radio-oncologie
    Les projets offerts sont variables et peuvent soit faire partie d'un cadre de recherche ou encore être reliés étroitement aux besoins de la clinique. Les projets ont lieu au Département de radio-oncologie (DRO) du Centre hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM) où l'on traite environ 3500 patients par année avec des technologies et techniques de pointe en radiothérapie et en imagerie médicale. Notre site est le berceau du programme de physique médicale gradué de l'Université de Montréal et comporte un groupe de 20 physiciens médicaux, 3 résidents en physique médicale, 6 étudiants au PhD et 2 étudiants au MSc. Notre environnement est riche pour les étudiants, avec un laboratoire localisé directement dans la clinique parmi notre groupe multidisciplinaire. Nous possédons un des plus grands parcs d'appareils de traitement en radiothérapie au Canada, ayant étés les premiers au pays à recevoir un appareil de radiochirurgie CyberKnife en 2009 et les premiers en Amérique du Nord à acquérir un tomodensitomètre à bi-énergie en 2013.
Autres

Louis-André Hamel :


Normand Mousseau :

  • Peut-on vraiment se libérer de notre dépendance au pétrole?

    Pourrions-nous abandonner les combustibles fossiles et n'utiliser que des énergies renouvelables? À l'aide d'estimations, ce projet permet d'identifier le défi que nous avons à relever et les technologies les plus susceptibles d'y parvenir.

Luc Vinet :