UE rattachées au parcours Systèmes d'énergie électrique de la spécialité Physique et ingénierie électrique

Code PhysI-K

Sigle Intitulé de l’UE Sem. ECTS page PhysI-K00 Remise à niveau en physique S0 0 2 PhysI-K01 Matériaux pour l’énergie S1 5 3 PhysI-K02 Modélisation électromagnétique S1 5 4 PhysI-K03 Électromagnétisme et thermodynamique S1 5 5 PhysI-K04 Actionneurs électriques S1 5 6 PhysI-K05 Réseaux d’énergie électrique S1 5 7 PhysI-K06 Électronique de puissance avancée S1 5 8 PhysI-K07 Optimisation S1 5 9 PhysI-K18 Convertisseurs électromécaniques non-conventionnels S2 4 10 PhysI-K19 Contrôle-commande et sûreté de fonctionnement S2 4 11 PhysI-K20 Intégration de puissance S2 4 12 PhysI-K30 Conversion et stockage des ressources renouvelables en électricité S2 4 13 PhysI-K31 Fonctionnement des grands réseaux d’énergie électrique S2 4 14 PhysI-K40 Matériaux magnétiques S2 4 15 PhysI-K41 Matériaux actifs et problèmes couplés S2 4 16 PhysI-K42 Matériaux isolants et décharges électriques S2 4 17

Nom de l’UE : Remise à niveau en physique PhysI-K00 Responsable : Yves Bernard type d’UE : CM + TD Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : L’objectif de cette UE est d’aborder avec, les étudiants, les notions qui leurs seront nécessaires au cours de leur M2. On cherchera à rafraîchir dans la mémoire des étudiants ces prérequis. En fonction du parcours antérieur de l’étudiant, certains principes pourront être nouveaux ainsi on s’attachera à assurer l’enseignement sous forme de cours/TD afin que l’étudiant se trouve en face de ses responsabilités face à son bagage scientifique. Les domaines de l’électrostatique et de la magnétostatique seront abordés en cherchant à résoudre des problèmes concrets. En thermique, on reviendra entre autre sur les modes de propagation de la chaleur. Enfin, la description des systèmes mécaniques indéformables sera abordée, dans le but de permettre la modélisation des systèmes articulés classiquement rencontrés en génie électrique. Contenu des enseignements Cours TD TP

24 h ♦ Électrostatique

− principes

− théorèmes fondamentaux

3 h

♦ Magnétostatique − principes

− théorèmes fondamentaux

3 h

♦ Thermique − principes

− théorèmes fondamentaux

3 h

♦ Mécanique des solides indéformables − liaisons entre solides, torseurs d’efforts associés

− mécanique statique

− éléments de cinématique

− théorèmes fondamentaux

9 h

Enseignants : Y. Bernard (MC), L. Daniel (MC) Prérequis : M1 IST ou formation équivalente Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 0

Nom de l’UE : Matériaux pour l’énergie PhysI-K01 Responsable : Frédéric Mazaleyrat type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Approfondir les connaissances dans le domaine des matériaux utilisés en génie électrique. À la base de tous les systèmes de conversion de l’énergie, on trouve des matériaux passifs dont les propriétés électromagnétiques ou mécaniques induisent souvent des limitations, que ce soit en termes de température, de pertes, de sûreté de fonctionnement ou de volume occupé. La pédagogie sera orientée vers l’acquisition des bases théoriques sur la physique de la matière qui serviront à montrer quels sont les mécanismes qui régissent les propriétés macroscopiques des matériaux et comment leur composition chimique et leur microstructure permettent de les modifier. Contenu des enseignements Cours TD TP 24 h ♦ Matériaux conducteurs

− conduction dans les solides, théorie classique, propriétés des métaux

− supraconducteurs, effet Meissner, supraconducteurs de type I et II, HTc ♦ Matériaux magnétiques

− phénoménologie, cycle d’hystérésis, champ démagnétisant, anisotropie

− magnétisme microscopique, types de magnétisme, structure en domaines et processus d’aimantation.

♦ Matériaux diélectriques − phénomène de conduction dans la matière, semi-conduction, isolants réels

− propriétés diélectriques, polarisation, relaxation, pertes, claquage ♦ Propriétés mécaniques des matériaux

− élasticité (isotrope et anisotrope)

− notion de limite élastique, critère de plasticité, contrainte de Von Mises

Enseignants : F. Mazaleyrat (MC), P. Molinié (PAs Supélec), L. Daniel (MC) Prérequis : notions d'Électromagnétisme d'un niveau M1 de génie électrique notions de Physique du solide d'un niveau L3, par exemple, celles vue dans UE PhysI-335

du L3-IST, souhaitables Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Modélisation électromagnétique PhysI-K02 Responsable : Lionel Pichon type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Le cours présente les concepts élémentaires et les principales méthodes de modélisation électromagnétique nécessaires à l’étude et à la conception de systèmes électromagnétiques. Il a pour double objectif, d’une part, de fournir les bases théoriques et numériques qui sont nécessaires au développement de modèles électromagnétiques appropriés et, d’autre part, de permettre aux étudiants une exploitation pertinente des outils de simulation commerciaux du domaine. Contenu des enseignements Cours TD TP

18 h 3 h 3 h ♦ Généralités : classification des différents types de problèmes aux limites résultant des

équations de Maxwell (conduction, électrostatique, magnétostatique, magnétodynamique, rayonnement). Introduction aux méthodes de discrétisation : la méthode des différences finies.

♦ La méthode des éléments Finis en 2D : l’exemple de l’électrostatique. Formulation variationnelle. Approximation numérique et mise en œuvre, etc.

♦ La méthode des éléments finis en 3D : éléments nodaux (problèmes scalaires) et éléments d’arête (problèmes vectoriels).

♦ Résolution des problèmes transitoires : méthodes de pas à pas dans le temps. Application aux courants de Foucault et aux ondes électromagnétiques.

♦ Introduction aux méthodes PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) et TLM (Transmission Line Method).

♦ Modèles couplés impliquant la thermique et la mécanique. ♦ Applications et illustrations : compatibilité électromagnétique, couplages multi-

physiques, structures rayonnantes, etc. ♦ Présentation des principaux outils commerciaux.

Enseignants : L. Pichon (DR CNRS), X. Mininger (MC), L. Santandréa (IE CNRS) Prérequis :−−−−−−−−−−−−

Mise en commun : UE commune au parcours CAT du master IST Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom d’UE : Électromagnétisme et thermodynamique PhysI-K03 Responsable : Frédéric Bouillault type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Montrer comment à partir d’une étude locale des phénomènes électromagnétiques on arrive à la détermination du comportement global d’un système électromagnétique. Pour cela on s’intéresse, dans un premier temps, aux modèles dérivés des équations de Maxwell afin de calculer des grandeurs globales comme les inductances, les énergies ou bien les forces. Dans un deuxième temps, on traite de la conversion d’énergie à base de circuits magnétiques déformables. En considérant des circuits à entrefer, excités par des bobines ou des aimants permanents, nous démontrons les conditions d’une conversion électromagnétique optimale. Nous établissons une classification des machines électriques en partant de circuits élémentaires et déformables. Contenu des enseignements Cours TD TP

24 h ♦ Rappel sur les opérateurs différentiels élémentaires ♦ Équations de Maxwell en présence de matière ♦ Nature tensorielle des grandeurs ♦ Prise en compte du mouvement ♦ Thermodynamique

Enseignants : F. Bouillault (PU), M. Lo Bue (CR CNRS) Prérequis : enseignement d’électromagnétisme de niveau L2 ou L3

Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Actionneurs électriques PhysI-K04 Responsable : Éric Monmasson type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Présenter les différents types de machines électriques et les différentes manières de les modéliser et de les commander. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 24 h ♦ Introduction et principes de la conversion électromécanique ♦ Classification des machines électriques ♦ Structures de machines synchrones à simple et double excitations ♦ Modélisation dynamique des machines en vue de la commande ♦ Principe de commande scalaire ♦ Principe de commande vectorielle

Enseignants : É. Monmasson (PU), M. Gabsi (PU) Prérequis : bases de conversion électromécanique et statique Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Réseaux d’énergie électrique PhysI-K05 Responsable : Marc Petit type d’UE : CM + TD Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Donner une présentation générale du fonctionnement des réseaux électriques, tant des réseaux de transport et distribution que des réseaux embarqués. Il s’agit ici d’aborder les notions fondamentales nécessaires à la compréhension du bon fonctionnement des réseaux électriques. Il s’agira aussi de comparer les réseaux terrestre et embarqués afin d’en cerner les similitudes et différences. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP

18 h 6 h ♦ Système électrique « terrestre »

− Présentation du secteur de l’énergie électrique : production, consommation, architecture des réseaux (production, transport, distribution). Organisation du secteur et rôle des différents acteurs (producteurs, GRT, GRD.)

− Les contraintes et conditions de bon fonctionnement d‘un réseau électrique (équilibre production-consommation, réglage de la tension, réglage de la fréquence).

− La sûreté du système (rôle d’un système de protection).

− Insertion des ENR (éolien, PV et autres) : développement des ENR dans le monde, comparaison de différents pays (Fr, All, Dk, Esp), aspects législatifs.

9 h

3 h

♦ Les réseaux électriques embarqués − Les différents systèmes embarqués (automobile, aviation, ferroviaire,

marine).

− Les mutations du secteur vers le plus et tout électrique. Description des besoins et de l’apport des équipements électriques. Croissance des équipements installés.

− Architecture d’un système électrique embarqué : automobile (véhicule électrique, hybride et thermique), aviation, marine. Le choix de la tension (AC ou DC, quel niveau ?).

− Les contraintes et conditions de fonctionnement d’un système embarqué : stabilité du bus continu (impact de la présence d’une batterie), fonctionnement en environnement sévère (haute température, vibrations…).

− Fiabilité des systèmes embarqués : définitions, stratégies de fonctionnement en mode dégradé (redondance…).

7,5 h 3 h

♦ Comparaison 1,5 h

Enseignants : M. Petit (PAd Supélec), M.Hennebel (PAs Supélec), Y. Phulpin (PAs Supélec) Prérequis : une des deux UE d'électrotechnique du L3-IST ou équivalent Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Électronique de puissance avancée PhysI-K06 Responsable : François Costa type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Cours sur les techniques avancées et les principes de la conception en électronique de puissance, avec prise en compte de la compatibilité électromagnétique (CEM). Contenu des enseignements Cours TD TP 24 h ♦ Généralités sur l’électronique de puissance, méthode de synthèse des convertisseurs

statiques, rappel des structures de base. ♦ Modes de commutation à zéro de tension ou à zéro de courant (ZVS, ZCS). ♦ Onduleurs de tension ; structure, lois de commande. ♦ Application des onduleurs MLI à l’absorption sinus et au filtrage actif, application en

traction ferroviaire. ♦ Alimentations à découpage, structure, dimensionnement, structures à haut rendement. ♦ Convertisseurs DC-DC haute fréquence et à forte densité de puissance, mode ZVS et ZCS ♦ Introduction à la CEM dans les dispositifs de conversion statique. Perturbations

conduites et rayonnées, modèles analytiques simplifiés, principes de modélisation "circuit". Méthodes de réduction des perturbations conduites, filtrage CEM.

Enseignants : F. Costa (PU) , D. Sadarnac (Pr Supélec) Prérequis : une des deux UE d'électrotechnique du L3-IST ou équivalent Mise en commun : −−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Optimisation de systèmes électromagnétiques PhysI-K07 Responsable : Claude Marchand type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : L'objectif de cette UE est de présenter les démarches pour formuler un problème d'optimisation et les méthodes et/ou les outils pour le résoudre. Les applications traiteront de problèmes liés aux systèmes de conversion d'énergie. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 12 h 6 h 6 h ♦ Optimisation des systèmes électromagnétiques :

− position d’un problème d’optimisation

− les problèmes monoobjectif

− les méthodes d’optimisation o les méthodes déterministes, stochastiques (algorithme génétique,

méthode du recuit simulé) o position d’un problème pénalisé

− exemples de mise en œuvre à partir de modélisations analytique ou numérique de systèmes

− les problèmes multiobjectifs et algorithmes associés

− études de cas

− TP : comparaison de méthodes d’optimisation sur différents exemples (fonctions mathématiques tests et systèmes électromagnétiques simples), utilisation d’un outil logiciel développé au LGEP

− TP sur des études de cas

Enseignants : H. Ben Ahmed (MC), C. Marchand (PU) Prérequis : −−−−−−−−−−−− Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Convertisseurs électromécaniques non-conventionnels PhysI-K18 Responsable : Mohamed Gabsi type d’UE : CM + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Donner les bases et les méthodes nécessaires à la compréhension des principes de fonctionnement des machines électriques non-conventionnelles. Ces dernières sont les machines à réluctance variable, les machines hybrides ou les machines synchrones à aimants permanents. Les applications visées sont nombreuses et concernent la motorisation ou la génération de l’énergie pour le transport terrestre, maritime ou aérien. Les enseignements théoriques sont illustrés par des travaux pratiques. Contenu des enseignements Cours TD TP 18 h 6 h ♦ Principes et structures des machines non-conventionnelles :

− machines à réluctance à variable

− machines hybrides

− différents types de machines synchrones : machines à griffes, machines à commutation de flux, machines à double excitation…

♦ Caractéristiques des machines électriques embarquées ♦ Modélisation, dimensionnement : modélisation en vue de la conception, outils de

conception ♦ Conception des actionneurs électriques :

− problème global de conception, machine à champ radial, structure à flux transverse, modélisation des pertes (magnétiques, aérodynamiques…), contraintes mécaniques.

− mois de similitude, influence des dimensions d’une machine

− association convertisseur machine

− lois de commande et caractéristique « couple –vitesse » limite ♦ Études de cas dans le domaine du transport

− motorisation des véhicules électriques

− motorisation des véhicules hybrides

− alterno-démarreurs

Enseignants : M. Gabsi (PU), H. Ben Ahmed (MC) Prérequis : −−−−−−−−−−−− Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Contrôle-commande et sûreté de fonctionnement PhysI-K19 Responsables : Demba Diallo type d'UE : CM/TD + BE Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Modélisation dynamique des systèmes de conversion d’électrique, Développement de lois de commande, architecture et implantation des lois de commande, diagnostic, commande tolérante aux défauts. Contenu des enseignements Cours TD BE ♦ Lois de commande avec ou sans capteur mécanique

− Lois de commande : commande vectorielle et commande directe du couple

− Observateurs d’état linéaires et non linéaires (Luenberger et Kalman)

14 h

♦ Architecture de systèmes de commande − Cibles matérielles (DSP, FPGA)

− Contraintes d’implantation (discrétisation, quantification, période d’échantillonnage…)

− Applications (variation de vitesse et gestion d’énergie)

1 h 3 h

♦ Détection, diagnostic de défauts et commande tolérante − Introduction à la sûreté de fonctionnement

− Méthodes de détection et de diagnostic de défauts

− Architecture et stratégie de reconfiguration

6 h

Enseignants : D. Diallo (MC), M. Hilairet (MC), E. Monmasson (PU) Pré-requis : modélisation des actionneurs électriques transformations usuelles d’études des systèmes électriques représentation d’état bases de l’automatique linéaire Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Intégration de puissance PhysI-K20 Responsable : Éric Labouré type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : À partir d’un état de l’art (matériaux, technologie, structure et fiabilité), donner les éléments fondamentaux permettant de concevoir un système électronique intégré de conversion d’énergie. Contenu des enseignements Cours TD TP 24 h ♦ Généralités et problématiques (haute température, refroidissement) liées à l’intégration

des systèmes électroniques de conversion d’énergie ♦ Les structures de conversion adaptées à l’intégration ♦ Les matériaux et technologies appropriés ♦ Techniques de modélisation (électrique et thermique) de conception et d’optimisation

géométrique ♦ Problématiques des assemblages multimatériaux, modes de défaillance, notions de

fiabilité

Enseignants : É. Labouré (PU), Z. Khatir (DR INRETS), S. Lefebvre (PU) Prérequis : −−− Mise en commun : −−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Conversion et stockage des ressources renouvelables en électricité PhysI-K30 Responsable : Bernard Multon type d’UE : CM + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : L’ambition de cette UE est de fournir aux étudiants une vision large des ressources énergétiques et des divers moyens modernes de conversion des ressources primaires vers une forme finale électrique. Les nouveaux moyens de production à partir des ressources renouvelables, qui se mettent en place aujourd’hui, ou qui vont s’imposer, sont ou seront décentralisés avec des niveaux de puissance compris entre le kilowatt et la dizaine de mégawatts. Les dispositifs abordés dans cette UE sont notamment les aérogénérateurs, les systèmes photovoltaïques, mais également, de façon plus superficielle ceux de récupération des énergies marines ou de la biomasse qui exploitent des systèmes de conversion électrotechniques (machines électromagnétiques, électronique de puissance…) en permanente évolution. Une partie de cette UE est consacrée aux systèmes de stockage de l’énergie, indispensable pour assurer le fonctionnement des systèmes autonomes et qui vont probablement également s’imposer dans les réseaux. Enfin, le contrôle et la commande des systèmes de conversion spécifiques, incluant les différentes stratégies de récupération de la puissance maximale disponible (MPPT) font l’objet de développements spécifiques sur le plan méthodologique. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 21 h 3 h ♦ Généralités sur les ressources énergétiques et sur la consommation (globale et

électrique), les évolutions, les enjeux... 3 h

♦ Aérogénérateurs : caractéristiques des turbines, solutions électrotechniques 3 h ♦ Systèmes photovoltaïques 3 h 3 h ♦ Stockage d'énergie électrique et solutions possibles 3 h ♦ Contrôle-commande des systèmes de production d'électricité décentralisée 9 h Enseignants : B. Multon (PU), A. Arzande (PAd Supélec), É. Monmasson (PU) Prérequis : une des deux UE d'électrotechnique du L3-IST ou connaissances de base en

électrotechnique équivalentes Mise en commun : UE commune au M2 Sciences thermiques et Procédés et matériaux pour l'énergie du master

Energie de l'ECP Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Fonctionnement des grands réseaux d’énergie électrique PhysI-K31 Responsable : Marc Petit type d’UE : CM + TD Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : L’objectif de cette UE est d’étudier en détail le fonctionnement et le réglage des grands réseaux. L’impact des sources d’énergie renouvelable et producteurs dispersés sera abordé afin de comprendre les limitations en terme d’insertion des ces moyens de production. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 21 h 3 h ♦ Fonctionnement des grands réseaux

− Répartition des puissances dans un réseau maillé (load flow), méthodes numériques en actif-réactif, approximation du courant continu

− Plan de production optimal en situation de monopole (OPF) – méthodes numériques d’optimisation

− Réglage fréquence-puissance (primaire, secondaire, tertiaire)

− Stabilité en tension

− Stabilité transitoire

− Régimes transitoires : présentation et outils de simulation

− Sûreté du système, dégradation de la sûreté (origine et conséquences)

− TD : stabilité transitoire

12 h 3

♦ Impact des ENR sur la gestion du réseau − Gestion de la réserve

− Gestion du plan de tension

− Flux aux interconnexions

− Participation aux services système

− Comportement en cas de défaut sur le réseau (impact sur la stabilité, impact sur le fonctionnement des dispositifs de protection)

− Spécificités des réseaux insulaires par rapport aux grands réseaux

− Les limites à l’insertion massive d’ENR

− Quelles solutions pour faciliter l’insertion des ENR ?

− Actions de recherche dans le domaine

6 h

♦ Apport des FACTS pour la gestion du réseau − Définitions et exemples de FACTS

− Apport des FACTS pour la gestion du réseau

3

Enseignants : M. Petit (PAd Supélec), M.Hennebel (PAs Supélec), Y. Phulpin (PAs Supélec) Prérequis : UE MatériauxPhysI-K05 Mise en commun : −−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Matériaux magnétiques PhysI-K40 Responsable : Martino Lo Bue type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Il existe de nombreux matériaux magnétiques aux propriétés extrêmement variées. Pour bien les utiliser, il est important de connaître les grandes familles de matériaux et de maîtriser les critères de choix pour une application donnée. L’optimisation des systèmes nécessite de bien comprendre les aspects physiques et mathématiques des modèles d’hystérésis et mettre en évidence leurs limites liées notamment à la difficulté de prendre en compte la structure en domaines qui gouverne les processus d’aimantation. Une initiation aux principales techniques de caractérisation des matériaux magnétiques permettra de mettre en évidence la variabilité de leurs propriétés et d’appréhender les difficultés métrologiques. Contenu des enseignements Cours TD TP 9 h 7 h 8 h ♦ Pertes et hystérésis

− Origine physique des pertes

− Modèles d’hystérésis statique, modèles scalaires, vectoriels, critique des modèles

− Modèles d’hystérésis dynamique, courants de Foucault, traînage, relaxation

6 h 3 h

♦ Familles de matériaux, propriétés et applications − Critères de choix d’un matériau magnétique

− Matériaux magnétiques doux, métalliques, ferrites, amorphes et nanocristallines

− Aimants, aciers semi-rémanents, Alnico, ferrites, terres rares

3 h 3 h

♦ Micromagnétisme − Principe du micromagnétisme

− Simulation et analyse d’une structure en domaines

1 h 2 h

♦ Caractérisation des propriétés magnétiques : caractérisation de tôles de FeSi, de ferrites et d’aimants en fonction de la fréquence, de la température et d’une contrainte mécanique

6 h

Enseignants : M. Lo Bue (CR CNRS), F. Mazaleyrat (MC), V. Russier (CR CNRS) Prérequis : UE PhysI-K01 Mise en commun : −−− � Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit (3/4) + contrôle continu en TP (1/4) nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Matériaux actifs et problèmes couplés PhysI-K41 Responsable : Laurent Daniel type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Le fonctionnement des dispositifs électromagnétiques met en interaction plusieurs phénomènes (électrique, magnétique, mécanique et thermique). Pour certaines applications, ces phénomènes de couplage ont un caractère nuisible (vibrations, bruit acoustique d’origine magnétique…), mais pour d’autres, ils sont à la base du principe de fonctionnement (dispositifs exploitant des matériaux piézoélectriques, magnétostrictifs, systèmes de chauffage par induction, micro-ondes…). L’objectif de cette UE est de donner aux étudiants les outils nécessaires à la compréhension des phénomènes de couplage multiphysique. Différentes applications, qui relèvent des domaines du génie électrique, seront étudiées et considérées comme supports pour l’introduction des modèles de loi de comportement, des équations différentielles décrivant les différents phénomènes mis en jeu et des modèles numériques associés. Contenu des enseignements Cours TD/TP TP 9 h 6 h 9 h ♦ Phénomènes de couplage magnéto-électrique

− mécanismes physiques

− relations de comportement

− applications

3 h 3 h

♦ Phénomènes de couplage magnéto-élastique − mécanismes physiques

− relations de comportement

− applications

3 h 3 h

♦ Phénomènes de couplage magnéto-thermique (effet magnéto-calorique) − mécanismes physiques

− relations de comportement

− applications

3 h

♦ Bureau d’étude : modélisation de phénomènes de couplage multiphysique 9 h

Enseignants : Y. Bernard (MC), L. Daniel (MC), M. Lo Bue (CR CNRS), X. Mininger (MC), L. Santandrea (IE CNRS) Prérequis : UE Matériaux PhysI-K01 Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits : −−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Matériaux isolants et décharges électriques PhysI-K42 Responsable : Philippe Molinié type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Comment la matière, qu’elle soit solide ou gazeuse, réagit-elle aux champs électriques intenses, et quelles conséquences cette physique de la matière aux champs élevés a-t-elle sur l’ingénierie des matériaux comme des structures ? Cette UE associe une introduction aux processus physicochimiques spécifiques à un aperçu assez large d’applications novatrices dans des domaines très variés (électrotechnique, spatial, génie de l’environnement, biotechnologies,…) et est orientée pour prédire le comportement de la matière isolante sous champ électrique intense dans les matériaux isolants, solides ou gazeux. Contenu des enseignements Cours TD TP 15 h 6 h 3 h ♦ Phénomènes d’interface

− physico-chimie de la surface, émission électronique, loi de Schottky

− contact métal isolant, triboélectricité et charge par contact

− injection de charge dans un diélectrique

4 h 2 h

♦ La décharge gazeuse − notion de plasma, Mécanismes de décharge et de claquage des isolations

gazeuses

− influence de divers paramètres, décharge couronne, streamers, arc, foudre

4 h 2 h

♦ Claquage et vieillissement des isolants solides − phénomènes énergétiques microscopiques et thermiques, décharges et

vieillissement à l’interface

− mécanismes physicochimiques, rigidité diélectrique

4 h 2 h

♦ Travaux pratiques : simulation expérimentation 3 h ♦ Aspects industriels et recherches : isolement, risque électrostatique, applications des

décharges électriques. 3 h

Enseignants : P. Molinié (PAs Supélec), Philippe Testé (CR CNRS) Prérequis : UE PhysI-K01 Mise en commun : −−−−−−−−−−−− Nombre maximum d’inscrits :−−− Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 24 h ECTS : 4

UE rattachées au parcours Novelles Technique de l’Energie de la spécialité Physique et ingénierie électrique

Code PhysPAM

Sigle Intitulé de l’UE Sem. ECTS page PhysPAM-01 Interaction particule-matière S1 5 19 PhysPAM-02 Applications des rayonnements ionisants S1 5 20 PhysPAM-03 Modélisation et simulation - méthodes de Monte-Carlo S1 5 21 PhysPAM-04 Modélisation et simulation - méthodes aléatoires S1 5 22 PhysPAM-05 Physique des plasmas chauds S1 5 23 PhysPAM-06 Plasmas magnétisés, fusion magnétique S1 5 24 PhysPAM-07 Physique des réacteurs S1 5 25 PhysPAM-11 Efficacité énergétique et énergies renouvelables S2 4 26 PhysPAM-12 Pile à combustible et filière hydrogène S2 4 27 PhysPAM-13 Électrochimie S2 4 28 PhysPAM-14 Photovoltaïque S2 4 29 PhysPAM-15 Application-expérimentation S2 4 30 E141 Carburants du futur S2 4 31 E162 Combustible nucléaire S2 4 32

Nom de l’UE : Interaction particule-matière PhysPAM-01 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 17 h 8 h ♦ Les interactions fondamentales ♦ La matière ♦ Cinématique relativiste, relation masse énergie ♦ Sections efficaces d’interaction ♦ Interaction des différentes particules chargées et neutres avec la matière ♦ Préparation de sources et de cibles. ♦ Dosimétrie et radioprotection, notions de risque.

Enseignants : C. Petrache (PU), I. Matea (MC) Prérequis :

Mise en commun : UE commune au master Physique médicale Nombre maximum d’inscrits : ----- Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 25 h ECTS : 3

Nom de l’UE : Applications des rayonnements ionisantes PhysPAM-02 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 17 h 8 h ♦ Applications en physique nucléaire ♦ Applications en médicine ♦ Applications en industrie

Enseignants : C. Petrache (PU), I Matea (MC) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Modélisations-simulations - méthodes de Monte-Carlo PhysPAM-03 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Simulation des équations de la physique par des techniques numériques : méthodes de Monte-Carlo. Cette UE comprend la réalisation d’un projet. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD

17 h 8 h ♦ Rappel sur le langage C, concepts de programmation et les systèmes d’exploitation ♦ Présentation de la méthode de Monte-Carlo, historique ♦ Génération de nombres pseudo-aléatoires, intégration par Monte-Carlo ♦ Échantillonnages (simple, stratifiés, etc.) ♦ Fonction d’importance, vitesse de convergence, splitting ♦ Réduction de variance, biaisage, méthodes de pondération ♦ Méthodes quantiques de Monte-Carlo :

− méthodes variationnelles (VMC)

− méthodes de diffusion (DMC)

− méthodes utilisant l’intégrale de Feynman (PIMC) ♦ Présentation de logiciels ♦ Applications au domaine médical

Enseignants : P. Desesquelles (PU), F. Jedrzejewski (Ing. INSTN), M. Roger (Ing. INSTN) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Modélisations-simulations - méthodes aléatoires PhysPAM-04 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Simulation des équations de la physique par des techniques numériques - modélisation et simulation aléatoires. Cette UE comprend la réalisation d’un projet. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP

17 h 8 h y h ♦ Traitements de données, analyse multidimensionnelle ♦ Réseaux de neurones ♦ Étude et mise en œuvre d’algorithmes stochastiques sur trois équations de la physique ♦ Résolution numérique dans le domaine aléatoire :

− équation de Boltzman (Evolution d’une population de neutrons)

− équation de Korteweg de Vries stochastique (solitons)

− équation de transport (faisceau de particules chargées) ♦ Exemples de projet :

− Vibrations aléatoires d’une plaque élastique

− Propagation d’ondes à la surface des océans

− Modèles de tremblements de terre

Enseignants : P. Desesquelle (PU), F. Jedrzejewski (Ing.INSTN), M. Roger (Ing. INSTN) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Physique des plasmas chauds PhysPAM-05 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP

17 h 8 h ♦ Rappels d’électromagnétisme classique :

− équations de base de l'électromagnétisme classique

− ondes électromagnétiques dans les milieux

− guides d’ondes et cavités résonnantes

♦ Physique des plasmas chauds : − introduction

− propriétés élémentaires des plasmas, classifications

− description des plasmas sans collision

− ondes dans les plasmas : description fluide

− ondes dans les plasmas : description cinétique

− couplages non-linéaires d'ondes

− lasers de puissances et applications

Enseignants : M. Albrecht-Marc (CPHT-Polytechnique), J. Faure (CNRS/CEA – ENSTA), P. Hennequin (DR CNRS), P. Puzo (MC) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Plasmas magnétisés, fusion magnétique PhysPAM-06 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP

17 h 8 h y h ♦ Rappels d'électromagnétisme classique

− équations de base de l'électromagnétisme classique

− ondes électromagnétiques dans les milieux

− guides d’ondes et cavités résonnantes

♦ Plasmas magnétisées, fusion magnétique − trajectoires de particules en champs E et B, miroirs, dérives

− invariants adiabatiques, application à la Fusion Contrôlée

− équilibre MHD

− stabilité

− transport

− ondes pour chauffage et diagnostics

Enseignants : M. Albrecht-Marc (CPHT-Polytechnique), J. Faure (CNRS/CEA–ENSTA), P. Hennequin (DR CNRS), P. Puzo (MC) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Physique des réacteurs PhysPAM-07 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 17 h 8 h ♦ Physique nucléaire : noyau, forces et modèles nucléaires, réactions nucléaires, fission,

sections efficaces neutroniques, résonances ♦ Physique des écoulements et des échanges thermiques en réacteur ♦ Métallurgie nucléaire ; comportement des matériaux sous irradiation ♦ Filières de réacteurs et cycle du combustible nucléaire ♦ Fonctionnement et contrôle des réacteurs ♦ Séminaires associés :

− énergie et programmes électronucléaires

− sûreté des installations nucléaires et radioprotection

Enseignants : L. Audouin (MC), J. Safieh (DR, Ing.-Ch., CEA), L. Tassan Got (DR CNRS) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 5

Nom de l’UE : Efficacité énergétique et énergies renouvelables PhysPAM-11 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP x h y h y h ♦ Efficacité énergétique :

− introduction à l’analyse exergétique

− introduction aux systèmes de cogénération

− introduction aux pompes à chaleur et à la géothermie basse température

− importance de la régulation pour l’efficacité énergétique.

♦ Énergie solaire : − ressources : données astronomiques, transmission atmosphérique

− énergie solaire thermique

− énergie solaire photovoltaïque

− variabilité, stockage (gravifique, inertiel, électrochimique, chimique) et réseaux d’énergie

♦ Énergie éolienne : − ressources

− éoliennes

− hydroliennes

− turbines h

− ydrauliques

Enseignants : V. Bourdin (Ing. CNRS), Th. Faure (CR CNRS) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Pile à combustible et filière hydrogène PhysPAM-12 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 17 h 8 h y h ♦ Introduction à la pile à combustible : les principaux phénomènes physiques

(électrochimie, chimie, transferts masse, chaleur) ♦ Les applications visées : cahier des charges et verrous actuels ♦ La filière hydrogène, de la production à l’utilisation : les procédés et leurs bilans

énergétiques, économiques, environnementaux

Enseignants : M. Guymont (PU), P. Millet (PU) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Électrochimie PhysPAM-13 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 17 h 8 h ♦ Potentiel d’équilibre - relation de Nernst ♦ Courbes intensité - potentiel en régime de diffusion stationnaire

Enseignants : M. Guymont (PU), P. Millet (PU) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Photovoltaïque PhysPAM-14 Responsable : type d’UE : CM + TD + TP Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 17 h 8 h ♦ Introduction au photovoltaïque ♦ La jonction P-N, les filières : silicium cristallin, polycristallin, et amorphe ♦ Matériaux III-V et II-VI ♦ Limites au rendement et stratégies d’amélioration ♦ Cellules de troisième génération

Enseignants : J.P. Kleider (DR CNRS), P. Roca (DR CNRS) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Application-expérimentation PhysPAM-15 Responsable : L. Tassan Got type d’UE : Projet Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Faire réaliser aux étudiants une expérience auprès d’une installation de recherche ou industrielle afin de les préparer à la démarche d'un expérimentateur dans le cadre de son futur travail de chercheur ou d'ingénieur. Définir, en collaboration avec un tuteur, une expérience pour comprendre un phénomène physique. Ce travail est à réalisé par groupes de deux étudiants encadrés par un tuteur qui devra les guider au cours de leur démarche d'expérimentateur et qui s'occupera de toutes les démarches administratives nécessaire au bon déroulement du projet. L’étudiant sera amené à conduire une expérience, à la prendre en charge et à en coordonner le déroulement. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Projet 25 h ♦ Recherche bibliographique sur le sujet ♦ Définition des conditions expérimentales :

− détecteurs (types, angle solide, résolution …)

− électronique (chaînes linéaire et logique)

− acquisition

− plan des mesures (nombres de points, précision, temps …) ♦ Réalisation de l'expérience :

− présentation de la demande d'expérience

− prises de contact avec le laboratoire d'accueil pour la préparation

− tenue d'un cahier d'expérience

− organisation de l'équipe pour optimiser les mesures ♦ Analyse des données :

− dépouillement et analyse

− rapport d'expérience ♦ Exposé de synthèse des résultats

Enseignants : L. Tassan Got (DR CNRS) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances :

nb d’heures : 25 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Carburants du futur E141 Responsable : Xavier Montagne type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Disposer d'une connaissance approfondie et précise des carburants est un point aujourd'hui essentiel. En effet, technologie et carburant ne peuvent plus être dissociés : c'est vers une approche système qu'il faut s'orienter. Le cours offrira la possibilité aux étudiants d'acquérir une vision précise du carburant, tant du point de vue du contexte que des aspects techniques et ce dans le cadre d'une approche système. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 25 h ♦ Eléments de contexte technique, environnementaux et normatifs ♦ Grands paramètres clés des carburants : essence, gazole, jet fuels ♦ Relations entre caractéristiques et mode de formulation ♦ évolutions de formulations dans le contexte politique et énergétique des 20 années à

venir : biocarburants, carburants de synthèse ♦ Formulation des carburants et fonctionnement - émissions

Enseignants : X. Montagne (Dir. Sci. Adj. Institut français du pétrole) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 25 h ECTS : 4

Nom de l’UE : Combustible nucléaire E162 Responsable : Yves VandenBomgaerde type d’UE : CM Mention : Information, Systèmes et Technologie (EEA) Objectifs : Décrire la thématique du combustible nucléaire de la mine à l’hexafluorure d’uranium. Contenu des enseignements (avec nb d’heures) Cours TD TP 25 h ♦ Principales techniques industrielles d’enrichissement de l’uranium ♦ Fabrication des combustibles UOx et MOx ♦ Composition des divers combustibles usés ♦ Traitement des combustibles usés, les déchets ♦ Devenir des déchets : présentation de la politique française et de celles des autres pays

Enseignants : Y. VandenBomgaerde (PR ECP) et J.L. Salanave (Ing. Aréva) Prérequis :

Mise en commun : Nombre maximum d’inscrits : Contrôle des connaissances : examen écrit nb d’heures : 25 h ECTS : 4