Semestre 7 - Energie (NRJ)

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Le cours comporte un certain nombre de sections concernant la modélisation d’un système informatique sous la forme d’objets communicants.

Nous abordons dans un premier temps les
concepts de base de cette modélisation (unicité, abstraction, classification et réutilisation). Après un rapide rappel des caractéristiques des langages de programmation impérative, nous
introduisons les caractéristiques algorithmiques du C++, avant de développer dans le détail la notion de classification, de gestion dynamique d’objets, de traitement des entrées- sorties, de templates.

Un bureau d’étude propose aux étudiants d’effectuer une analyse d’un cahier des charges, une modélisation de la solution (UML, diagramme de classe), un développement en C++, incluant la validation du résultat. Ce BE s’accompagne d’un rapport de développement et d’une livraison du code développé.

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Le cours comporte un certain nombre de sections concernant l’organisation d’un système d’exploitation, la notion de processus / tâche, la gestion de la mémoire, l’ordonnancement de tâche, la programmation système couvrant la synchronisation par événement, programmation
multithreads, partage de donnée et synchronisation par sémaphores et moniteurs. Ce cours s’accompagne d’exemples et de la pratique de ces concepts sur Unix-Linux dans le cadre de bureaux d’études.
Trois bureaux d’étude proposent aux étudiants de découvrir (1) le Shell et les commandes de base d’Unix/Linux, (2) la mise en œuvre des applications multiprocessus et réactives (signaux logiciels), et (3) la mise en œuvre des applications multithreads avec l’utilisation de mécanisme de synchronisation par sémaphores.

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Cet enseignement constitue la première étape et la base de l’apprentissage des méthodes de conception des convertisseurs statiques ; il s’appuie sur un ensemble de séances de cours magistraux (6) associés à des travaux dirigés (3), qui permettent de consolider l’acquisition du savoir-faire ; il est complété dans la même UE par le projet « conception des convertisseurs ».

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Il s'agira donc pour les principales topologies de base de convertisseurs (AC-DC, DC-DC, DC-AC) de :
1- Mettre en œuvre le transfert de puissance dans les convertisseurs,
2- Evaluer la qualité des formes d’ondes et dimensionner des filtres d’entrée et de sortie,
2- Evaluer quantitativement les pertes dans les convertisseurs de puissance.

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Ce module a pour but de sensibiliser les étudiants sur ce que représente la puissance et l’énergie et qu’ils aient des ordres de grandeur de la consommation d’énergie électrique d’un pays comme la France à comparer avec la puissance que peut produire un être humain.

Pour ce faire, ce bureau d’études mène deux aspects:

- Une manipulation où les étudiants déterminent la puissance produite par un petit panneau photovoltaïque, ainsi que par eux-mêmes en tournant une manivelle .
- Une étude théorique où ils déterminent la surface de panneaux photovoltaïques qu’il faudrait afin d’assurer la production d’énergie française ou le volume d’eau qu’il faudrait turbiner dans un ouvrage hydroélectrique.

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À la fin du cours l’étudiant sera en mesure de :

1. Distinguer par classe les type de machines magnétiques tournantes, machine synchrone ou asynchrone, pôles lisses ou pôles saillants
2. Déployer la méthode de modélisation visant in fine à obtenir un modèle simple en régime permanent ou transitoire permettant (modèle de Behn-Eschenburg, diagramme de Blondel, modèle de Steinmetz …)
3. Établir les relations analytiques de base afin de définir un modèle de commande (Transformée de Park, Clarke, Concordia)
4. Calculer des points de fonctionnement en régime permanent, définir les domaines de fonctionnement de la machine dans le plan couple-vitesse, calculer les courants de court-circuit ou encore son rendement

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Ce module de formation a pour objectif de développer chez l’apprenant des techniques et méthodes de raisonnement et de résolution de problèmes, largement utilisées par les ingénieurs industriels et généralement peu usitées avant l’entrée en entreprise. Le but est ainsi de faire comprendre l’intérêt de raisonnements a priori simples, permettant d’aborder la résolution d’un problème de manière incrémentale. Ces méthodes, faisant appel au bon sens de l’ingénieur, se révèlent être très efficaces sans avoir nécessairement recours à la puissance du calcul

numérique. Les phases amont d’un projet ou les premières étapes du cycle de vie d’un produit sont bien souvent un défi pour l’ingénieur, dans le sens où les connaissances dudit projet (ou produit) restent fortement limitées et ne permettent pas l’obtention immédiate d’une solution pour répondre au besoin exprimé. La connaissance préliminaire du système et la compréhension initiale du problème, doivent être progressivement étayées à l’aide de modèles et d’outils à la complexité croissante, construit à partir de données de plus en plus précises. 

L’ingénieur est le plus souvent amené à mettre à profit son expertise technique et ses connaissances scientifiques pour « dégrossir » le problème initial et l’alimenter de premiers résultats obtenus de

manière analytique et nécessaires à une modélisation numérique plus détaillée et précise

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À travers un bureau d’études, les étudiants étudient le profil de consommation électrique de la France. Ils font des bilans de puissance pour assurer une production 100% PV et mettent en place un stockage d’énergie sous forme hydraulique (station de transfert d’énergie par pompage) afin de compenser l’intermittence de la production. Des petites expérimentations permettent aux étudiants de connaitre les ordres de grandeurs de production PV (par rapport à la surface) et de comparer avec ce que peut produire un être humain.

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Production électrique : Technologie électromécanique employée, puissance unitaire et mobilisable, temps de mise en route moyen, production hydroélectrique : technologies des turbines hydrauliques utilisées, production thermique à flamme, production thermique nucléaire, état des lieux et schéma fonctionnel.

Réseau de transport : état des lieux et schéma fonctionnel, la technologie d’un poste source, les fonctions, la technologie des lignes, de l’isolement, la technologie des câbles aériens et souterrains.

Réseau de distribution : état des lieux et schéma fonctionnel, le poste source, la technologie des artères, la technologie (externe) des transformateurs HTA-BT et des lignes BT.

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Cet enseignement présente le principe de fonctionnement des réseaux de transport d'énergie électrique en courant alternatif et la modélisation des constituants de ces réseaux. Il comprend les points suivants :

- Architecture d’un réseau de transport et de distribution d’électricité maillé.

- Modélisation des constituants du réseau : alternateurs, transformateurs, lignes

- Réglage de tension et de Puissance Réactive

- Réglage de Fréquence.

- Calcul d’un courant de défaut dissymétrique par la méthode des composantes symétriques.

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Cet enseignement présente tout d'abord les principes de base de la commande en modulation de largeur d'impulsion des onduleurs de tension monophasés ou triphasés. Les différentes formes d'ondes sont analysées afin de déterminer les éléments de filtrage des tensions et des courants. Des exemples sont traités sous la forme de travaux dirigés et de bureau d'étude.

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 L’identification paramétrique est un ensemble d’outils permettant la caractérisation d’un système à partir de connaissances expérimentales sur ses entrées et ses sorties. Le but est d’obtenir un modèle mathématique décrivant le comportement global du système

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1.           Introduction

2.          Présentation d'un asservissement de vitesse échantillonné : schéma-blocs, fonctions mises en oeuvre dans une commande numérique.

3.          Influence de la période d'échantillonnage : influence de la période d'échantillonnage sur la stabilité, effet déstabilisant de l'Echantillonnage/Blocage.

4.          Etude de l'asservissement par l'approximation à un système continu : définition du système continu équivalent, méthodes d’étude des asservissements échantillonnés, synthèse du correcteur en p, discrétisation de correcteur continu.

5.          Transformée en z : définition et propriétés, fonctions de transfert discrètes, pôles réels-pôles complexes.

6.          Etude temporelle des systèmes asservis échantillonnés : étude statique : précision, étude dynamique : stabilité, réponses temporelles.

7.           Synthèse de correcteurs échantillonnés

8.          Réglage expérimental de correcteurs échantillonnés

Critères de choix de la période d'échantillonnage : critère de Shannon, pôles réels, Pôles complexes, déphasage dû à l'échantillonnage/blocage, temps de traitement sur calculateur, problème de la dérivation, influence du bruit, codage des nombres sur microprocesseur. 

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1. Mise en situation : application support
2. Intérêt de la boucle fermée : boucle ouverte, boucle fermée, correction proportionnelle,stabilité, précision, rapidité = cruel dilemme !, calcul du correcteur proportionnel / cahier des charges
3. Correcteurs de type intégrale : méthode de compensation du pôle dominant, méthode de l’optimum symétrique, méthode du 1/10, implantation
4. Correcteurs de type dérivée : calcul des paramètres par imposition de la bande passante, par la méthode compensation de pôle, implantation
5. Correcteurs de type PID : calcul par compensation de pôles, par combinaison PI – Avance de phase
6. Méthodes expérimentales de réglage de correcteurs PI, PID : Réglage d’expert, méthode de Broïda, de Ziegler Nichols et méthode du relais
7. Architectures de commande :  Le PI et plus… Plus de variables d’état à contrôler ; Un peu d’anticipation

Conclusion : comparaisons, éléments de synthèse et de perspectives

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I    Asservissement de Position

Etude de quelques structures de correction en continu (en p), analyse de performance et de robustesse

II  Etude de structures de commandes (douple PI ou PID)

III      Identification et asservissement de position d’un papillon motorisé

IV Etude des Systèmes Echantillonnés

         GUI – Matlab/Simulink – Analyse et Correcteurs discrets (en z)

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Un semestre de 12 séances interactives et hebdomadaires. Développement des compétences en communication professionnelle en anglais, incluant l’interaction orale, la rédaction de documents professionnels, la compréhension de supports authentiques, ainsi que l’autonomie, l’esprit critique et les compétences interculturelles. L’évaluation comprend des épreuves orales, individuelles et collectives, visant à apprécier la capacité des étudiants à argumenter, débattre et interagir en anglais de manière claire et pertinente. Elle repose également sur une évaluation écrite individuelle permettant de mesurer la structuration de la pensée, la cohérence de l’argumentation et la qualité de l’expression écrite.

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Un semestre de 12 séances interactives et hebdomadaires. Développement des compétences en communication professionnelle, incluant l’interaction orale, la rédaction de documents professionnels, la compréhension de supports authentiques, ainsi que l’autonomie, l’esprit critique et les compétences interculturelles. Évaluation par niveau, basée sur des productions écrites, des prestations orales individuelles ou en groupe, et une évaluation continue de l’attitude et de la participation en classe.

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Pour une EPS inclusive, adaptée et motivante, l'étudiant pourra

-choisir les activités supports parmi une vingtaine, dans des modes de pratiques variées : développement personnel, activité de découverte, activité projet,  activité artistique, activités compétitives, 

-renforcer les compétences psychosociales, en multipliant les situations collectives et d'interactions sociales (coopération, intelligence collective, s'engager dans différents rôles sociaux)

-se tester et se responsabiliser au regard de son "Score santé" personnel

-apprendre en situation expérientielle.

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L’enseignement s’organise sur un semestre de 12 séances hebdomadaires, structuré en deux modules — PPP Research et PPP Interview — dédiés à l’exploration des parcours professionnels et à l’approfondissement du projet professionnel personnel. Il est complété par une journée internationale consacrée à la découverte des opportunités de mobilité académique et professionnelle, ainsi que par des conférences métiers animées par des professionnels et partenaires industriels.

L’évaluation repose sur le développement d’un e-portfolio individuel et sur une présentation orale individuelle du projet professionnel devant un jury composé d’enseignants-chercheurs, d’experts en ressources humaines et de partenaires industriels.

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