Master CompuPhys

Le master CompuPhys offre un programme complet en physique fondamentale (physique quantique, interactions lumière-matière, physique de la matière condensée), en méthodes de simulation numérique et en sciences des données. Des applications concrètes à la physique de la vie, à l’astrophysique, à la physique de l’atmosphère et de l’environnement et à l’information quantique sont étudiées dans le cadre de la formation. Une grande partie du programme est consacrée aux méthodes d’apprentissage actif (apprentissage basé sur la pratique, sur les projets, sur les problèmes, et classe inversée) et l’utilisation des outils numériques. Le but de ce master est de former des physiciens avec un haut niveau de compétences en méthodes numériques, des programmeurs spécialistes de la simulation numérique des systèmes physiques, et des analystes spécialistes des données physiques provenant de capteurs et de réseaux d’instruments physiques.

Description du programme

Le master Physique et Physique Computationnelle (« Physics & Computational Physics » – CompuPhys) offre une formation en physique fondamentale et en méthodes de calcul. Les domaines scientifiques étudiés sont la physique de la matière et des interactions lumière-matière, la simulation numérique et les mégadonnées pour les systèmes physiques. La formation a un double objectif : d’une part, former des physiciens avec un haut niveau de compétences en calcul numérique, capables de s’adapter à toute évolution ou perturbation future des technologies numériques ; d’autre part, former des ingénieurs en numérique avec un haut niveau de compétences en physique capables d’intégrer une équipe de recherche dans une université ou un établissement de recherche académique, ou encore un département R&D dans l’industrie, pour faire le lien entre les ingénieurs en informatique et les physiciens des autres spécialités.

Les approches numériques sont utilisées transversalement dans tous les domaines de la physique, permettant de traiter différents domaines au cours de la formation : la matière condensée, la physique moléculaire, la spectroscopie, l’information quantique, la physique théorique, l’astrophysique, la physique de la vie, la physique de l’atmosphère. Cet objectif est atteint au moyen de cours magistraux, mais la majeure partie de l’enseignement se fait sous forme de projets numériques ou d’apprentissage basé sur la résolution de problèmes. Ces projets numériques (un par semestre), les cours basés sur la résolution de problèmes et les stages sont adaptés à chaque étudiant en fonction de son projet professionnel et de ses centres d’intérêt personnels, permettant une spécialisation dans un domaine spécifique de la physique ou un approfondissement des compétences numériques.

Concernant les compétences numériques, le programme de la formation comprend à la fois les mégadonnées et les méthodes de simulation numériques, afin de couvrir l’ensemble des approches de calcul : simulation ab initio ; collecte, traitement et analyse de données physiques ; comparaison de résultats d’observations et d’expériences avec des modèles numériques de référence. Le développement de l’industrie numérique demande des analystes spécialisés dans les données collectées par des capteurs et/ou des réseaux d’appareils de mesures physiques. C’est le cas par exemple de l’internet des objets, de la cybersanté (avec aussi l’utilisation de compétences en physique de la vie), et de l’analyse des données climatiques. Dans les domaines de recherche scientifique fondamentale tels que l’astrophysique, où les données d’observations sont traitées, la simulation numérique joue un rôle essentiel. Beaucoup d’industries et de recherches scientifiques font appel à la simulation numérique, par exemple l’industrie des matériaux, l’industrie pharmaceutique (où la simulation de la dynamique moléculaire est utilisée pour chercher de nouvelles molécules actives ou améliorer l’efficacité de molécules actives existantes), dans l’industrie aérospatiale et la recherche en mécanique céleste, et en physique théorique (mécanique quantique fondamentale et relativité générale).

Ce master comprend aussi une formation sur les outils des systèmes dynamiques et les théories de réseaux, qui sont à la croisée de la science des données et de la science de la simulation numérique. Cette dernière a des applications universelles, allant des systèmes physiques aux systèmes sociaux. De plus, le master comprend une formation en théorie de l’information quantique. Certaines technologies quantiques sont actuellement en expansion, et le calcul quantique est très certainement l’avenir de l’industrie numérique. Le master Physique et Physique Computationnelle a pour vocation d’être une formation aux hautes technologies actuelles (simulation numérique, mégadonnées) et prépare les étudiants aux technologies à venir (calcul quantique).

Pour atteindre ces objectifs, la formation est organisée en trois modules scientifique (physique quantique, interactions lumière-matière, physique de la matière condensée), trois modules techniques (simulation numérique et systèmes dynamiques, algorithmes et programmation, mégadonnées), et deux modules de compétences non techniques (humanités numériques, projets numériques et stages). De plus, des activités externes facultatives sont proposées aux étudiants, par exemple des séminaires organisés par les laboratoires partenaires, un stage sur les techniques d’observation astronomique, ou encore la participation à un marathon de programmation sur la cybersanté.

Cursus