Ce cours permet de mettre en place les premiers concepts et outils de Physique statistique à l’équilibre. Il vise à décrire les propriétés macroscopiques et observables de la matière à partir de celles de leurs constituants élémentaires. En particulier, nous apporterons un point de vue original sur la thermodynamique.

Connaissances préalables recommandées : Cours de thermodynamique, acquis en S4.

Objectifs de l’enseignement : Un accent tout particulier sera mis sur les cinq objectifs suivants : 

1. S'initier aux pratiques d'enseignement et à l'exercice du métier d’enseignant. 

2. Réfléchir sur les pratiques d'enseignement et leur contexte. 

3. Concevoir, planifier et évaluer des pratiques d'enseignement et d'apprentissage.

4. Travailler en équipe et animer un groupe 

5. Comprendre et analyser l'institution scolaire et ses acteurs. 

Il s’agit ici par d´efinition des solides poss´edant un ordre `a longue port´ee, en principe infinie. Un tel solide r´esulte du rapprochement d’entit´es bien d´efinies avant la formation du cristal : atomes, mol´ecules, ions. Bien sˆur, la constitution du solide en tant qu’´edifice stable s’accompagne d’alt´erations plus ou moins grandes de ces briques ´el´ementaires constitutives ; on admettra “qu’il en reste toujours quelque chose”, ce qui est presque une ´evidence sur le plan physique. Il y a donc dans le solide la trace des constituants `a l’´etat libre : on parle alors de “cœur” pour d´esigner ce fantˆome du constituant isol´e. Les ´electrons compl´ementaires sont traditionnellement appel´es ´electrons de valence en ce qui concerne ceux qui sont principalement responsables de la coh´esion du solide, ou, s’il en reste, ´electrons de conduction puisque, presque libres, ils sont aptes `a conduire le courant ´electrique. Cela ´etant, comme on l’a vu, une premi`ere grande classification se cr´ee spontan´ement sur la consid´eration des propri´et´es ´electriques permettant de s´eparer nettement conducteurs et isolants, sur la base de leur r´esistivit´e ´electrique. La v´eritable explication de cette distinction ressort de la M´ecanique Quantique et s’exprime par des consid´erations dans l’espace des impulsions. A d´efaut d’un crit`ere pr´ecis d´efini sur la consid´eration de grandeurs dans l’espace physique, il est cependant possible d’effectuer une distinction qualitative dans l’espace r´eel : en g´en´eral, dans un m´etal, la distribution ´electronique est nettement plus diffuse (dilu´ee, d´elocalis´ee) que dans les isolants, o`u les ´electrons de valence restent davantage situ´es pr`es des cœurs, ou entre deux cœurs, pour fabriquer la “colle” assurant la stabilit´e de la liaison chimique. Il s’av`ere tr`es utile d’´etablir une sous-classification pour les isolants, fond´ee, elle, pr´ecis´ement sur la densit´e ´electronique. On distingue ainsi principalement : • Les solides covalents, o`u l’on retrouve les caract´eristiques directionnelles des liaisons chimiques. Le prototype de cette esp`ece de solide est le diamant, constitu´e d’atomes de carbone r´epartis dans l’espace suivant deux r´eseaux cubiques `a faces centr´ees entremˆel´es, r´esultat de la valence 4 du carbone (structure t´etra´edrique15). D’autres exemples : le silicium et le germanium, ou mˆeme le carbone sous sa forme graphite16 – qui ont pourtant des propri´et´es ´electriques tr`es diff´erentes du diamant ! Alors que le diamant est un isolant remarquable, on sait bien que Ge et Si – mˆeme purs – sont des semi-conducteurs