Choix UE Parc.CERE Parcours Impact Entrepreneurship

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Cette matière regroupe 2 volumes de cours et un BE :

·       Cours « Conception par optimisation »

·       Cours « Conception Système »

·       BE « Conception Système – EHA »

Conception par optimisation (CM – 8h75, resp. B. Sareni)

Programme :

·       Introduction à l'optimisation : Contexte et importance de l'optimisation / Formulation d'un problème d'optimisation / Classification des méthodes d'optimisation

·       Méthodes d'optimisation unidimensionnelles : Méthodes d'intervalles (dichotomie, Fibonacci, nombre d'or) / Méthodes d'interpolation / Recherche du passage par zéro de la dérivée

·       Méthodes d'optimisation multidimensionnelles : Méthodes analytiques : gradient, gradient accéléré, gradient conjugué, Gauss-Newton, Quasi-Newton (BFGS, DFP) / Heuristiques géométriques : Méthodes de Gauss-Seidel, Powell, Hooke & Jeeves, Nelder & Mead / Méthodes stochastiques : Random Walk, recuit simulé, algorithmes évolutionnaires, méthodes de nichage, essaims particulaires

·       Optimisation sous contraintes : Formalisation du Lagrangien / Condition d'optimalité de KKT / Méthodes de pénalisation

·       Optimisation multi objectif : Optimalité au sens de Pareto / Classification des méthodes d'optimisation multi-objectifs / Méthodes de pondération, objectif idéal, objectifs bornés, lexicographique, logique floue

·       Applications en Génie Electrique : Optimisation d'un connecteur HT / Identification de paramètres / Dimensionnement optimal d'une locomotive hybride / Optimisation d'une chaîne éolienne passive

Conception Système (CM – 12h25, resp. A. JAAFAR)

Programme :

·       Sensibilisation à l'approche système : contexte, enjeux et caractéristiques de la conception système.

·       Approche méthodologique : le Bond Graph Causal, Champ applicatif : modélisation en Génie Electrique pour l’analyse systémique.

·       Exemples de modèles pour les convertisseurs statiques, les machines électriques, les composants de stockage, leurs associations.

BE « conception système - EHA » (BE – 7h, resp. A JAAFAR, B. Sareni)

Objectifs : L’objectif de ce bureau d’étude est de modéliser un actionneur électro-hydrostatique (EHA) à l’aide de l’outil de modélisation Bond-Graph et ensuite remplacer la source d’alimentation de cet actionneur par une pile à combustible hybridée par des supercondensateurs.

Programme :

·       Modélisation de l’EHA à l’aide de l’outil Bond Graph

·       Etude de la causalité du système

·       Détermination de la fonction du transfert à l’aide du schéma Bond Graph établit

·       Dimensionnement d’un système hybride à base de pile à combustible et de super condensateurs pour l’alimentation de l’EHA

·       Gestion énergétique du système hybride : approche fréquentielle

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Cette matière regroupe 1 volume de cours et un BE :

·       Cours « CVS pour Conditionnement Réseaux d’Energie »

·       BE « CVS pour Conditionnement Réseaux d’Energie »

CVS pour Conditionnement rés. Énergie (CM – 5h25, resp. P. Ladoux)

Programme :

·       Rappels sur les réseaux électriques : réglage de tension et de puissance réactive.

·       Fonctionnalités de l'onduleur de tension raccordé à un réseau : contrôle et dimensionnement

·       Compensateurs de puissance réactive à base d'onduleurs de tension

·       Qualité de l'énergie électrique - Filtrage actif.

BE « CVS pour Conditionnement rés. Énergie » (BE – 7h00, resp. P. Ladoux, N. Roux)

Projet d'application du CM "convertisseurs pour conditionnement des réseaux d’énergie"

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Cette matière regroupe 1 volume de cours et un BE :

·       Cours « CVS pour Réseaux HVDC »

·       1 BE « CVS pour Réseaux HVDC »

Convertisseurs pour Réseaux HVDC (CM – 5h25, resp. P. Ladoux)

Programme : cet enseignement présente les topologies de conversion utilisées pour le transport d'énergie électrique en courant continu haute tension : redresseurs à thyristors, onduleurs de tension, convertisseurs modulaires multiniveaux. Un bureau d'étude portant sur le dimensionnement d'une liaison HVDC illustre les cours.

Compétences visées : savoir dimensionner et modéliser une station de conversion AC/DC pour le transport d'énergie électrique en courant continu haute tension.

Bibliographie :

·       "High Voltage Direct Current Transmission", J. Arrillaga, Editions IET, ISBN: 9780852969410

·       "Design, Control, and application of Modular Multilevel Converters for HVDC transmission systems", K. Sharifabadi, L. Harnefors, HP. Nee, S. Norrga, R. Teodorescu. Editions Wiley, ISBN:9781118851562

Prérequis :

·       Redresseurs triphasés à thyristors, Onduleurs de tension

·       Règles d'association des cellules de commutation et des convertisseurs statiques.

BE « CVS POUR RESEAUX HVDC » (BE – 7h00, resp. P. Ladoux)

Projet d'application du CM "convertisseurs pour réseaux HVDC"

Demie journée thématique : Semiconducteurs de forte puissance (conf –3H50, resp E. Carroll)

Présentation, sous forme d'une conférence (demie journée) assurée par un intervenant industriel (ABB) des technologies de semiconducteurs adaptés aux convertisseurs de forte puissance.

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Cette matière regroupe 2 volumes de cours et un BE :

·       Cours « Conception des Convertisseurs »

·       Cours « Associations de Convertisseurs »

·       BE « Design des CVS »

Conception des convertisseurs (CM – 10h50, resp. H. Piquet)

Programme :

·       Notion de cellule de commutation : propriétés fonctionnelles, transformations électrique et synthèse des semi-conducteurs de puissance.

·       Contrôle des caractéristiques du courant fourni par la cellule : ondulation, régulation

·       Réversibilités et filtrage

·       Assemblages de cellules de commutation : cascade, mise en parallèle, structures différentielles

Associations de convertisseurs (CM – 8h75, resp. P. Ladoux)

Programme :

·       Les associations de convertisseurs.

·       Les différents types d'association.

·       La réversibilité dans les associations. La commutation dans les associations.

·       Les convertisseurs à résonance.

design des CVS (alim. Décharges) - BE (BE – 7h00, resp. H. Piquet & N. Bente)

Objectifs : mettre en œuvre les connaissances acquises, concernant la conception et les associations de convertisseurs statiques, sur un ensemble d'applications présentant en commun d'être associées à un dispositif industriel mettant en œuvre des plasmas.

Programme :

·       Prise en main d'un modèle de simulation, par circuit équivalent pour la caractéristique de décharge dans les gaz, d'un dispositif plasma

·       Synthèse, dimensionnement et contrôle d'une solution d'alimentation de puissance (convertisseur statique) pour une application de poste de soudure / validation par simulation circuit (logiciel PLECS)

·       Synthèse, dimensionnement et contrôle d'une solution d'alimentation de puissance (convertisseur statique) pour une application de four à arc / validation par simulation circuit (logiciel PLECS)

·       Synthèse, dimensionnement et contrôle d'une solution d'alimentation de puissance (convertisseur statique) pour une application de génération d'ozone (décharge à barrière diélectrique) / validation par simulation circuit (logiciel PLECS)

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Cette matière comporte 1 volume de cours

·       Cours « Modélisation & Commande Avancée DES convertisseurs »

Modélisation & Commande Avancée DES convertisseurs (CM – 8h75, resp. M. Fadel)

Programme :

·       Généralités sur la modélisation des convertisseurs

·       Modèle en Valeur Moyenne, Modèle Instantané, Modèle échantillonné exact.                                                           Problématique - contraintes dynamiques et contraintes de forme. Liens entre la structure du convertisseur et la structure de commande

·       L'approche MLI pour la commande, principe de dimensionnement

·       Linéarisation par inversion de modèle et synthèse de régulateurs standards.

·       L'approche commande en amplitude (Hystérésis, Mode courant, Sliding mode, DPC)                                                                                                    

·       Filtrage actif Monophasé et Triphasé.                                                                                                                          

·       Exemples d’application : onduleur triphasé, redresseur MLI, PFC …

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TER Architecture et Commande (TER – 20h, resp. H. Piquet, A-M. Llor, G. Fontes)

Programme :

·       Analyse de la structure d'une alimentation sans interruption pour charges informatiques.

·       Décomposition en sous-éléments ; chaque groupe prend en charge l'étude de l'un d'eux et doit :

o   Étudier le fonctionnement,

o   Construire des critères de dimensionnement

o   Proposer des valeurs des composants et un choix des éléments de contrôle et des valeurs de leurs paramètres

·       Satisfaire un cahier des charges correspondant à un dispositif réel.

·       Les analyses, choix et dimensionnement effectués sont validés par simulation (PLECS).

·       Les différents groupes doivent collaborer pour conduire l'étude du dispositif complet.

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·       Technologies et modélisation des composants magnétiques en électronique de puissance

·       Technologies et modélisation des composants capacitifs en électronique de puissance

·       Etudes de cas

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Cette matière comporte 1 volume de cours

·       Cours « FIABILITE DES CONVERTISSEURS »

Programme :

·       Nature des contraintes (environnementales, fonctionnelles de commutation, contraintes d'usage) ;

·       Règles de conception, rappels de la SOA, régimes extrêmes des composants semi-conducteurs, robustesse, solutions de protections ;

·       Régimes critiques de défaillance, I²T et énergie de destruction - explosion, solutions de protection ;

·       Vieillissement des composants et aspects technologiques, principaux modèles, conception du diagnostic par modèles prédictifs ou capteurs ;

·       Approche méthodologique : taux de défaillance, modèle de fiabilité, diagramme de fiabilité, ordres de grandeurs et applications numériques ;

·       Application aux structures de conversion sans redondance et avec redondance ;

·       Illustration de structures sécurisées à redondance passive parallèle mutualisée et à redondance active série intégrée

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Cette matière comporte 1 volume de cours et 1 BE

·       Cours « CEM des Convertisseurs »

·       Un BE « CEM »

CEM des Convertisseurs (CM 7H00, resp. G. Fontes & A. Boyer)

Programme :

·       Présenter brièvement les techniques de mesure standards de l'émission conduite (ex : EN55022, CISPR25) ;

·       Identifier les sources et les modes de propagation du bruit conduit produit par un convertisseur de puissance (application à des structures d'alimentation à découpage typique tel que des convertisseurs buck, flyback) ;

·       Présenter un modèle électrique simplifié pour la simulation de l'émission conduite d'un convertisseur de puissance ;

·       Décrire les principales structures de filtre CEM (en mode commun et différentiel), les composants typiques de filtrage et leur dimensionnement ;

·       Présenter et illustrer plusieurs règles de conception faible émission des alimentations à découpage.

BE « CEM » (BE 7H00, resp. A. Boyer & G. Fontes)

Programme :

·       Projet d'application du CM "Compatibilité Electromagnétique" (CEM) : Filtrage de l’émission conduite, produite par un convertisseur AC-DC Flyback.

·       L’objectif de ce bureau d’étude est de dimensionner le filtre CEM en entrée d’une alimentation à découpage de type Flyback, afin de le rendre le produit compatible avec le standard EN55022.

·       L’étude s’appuiera sur la simulation (logiciels IC-EMC et WinSPICE/LTSPICE), ainsi que sur des librairies de composants passifs.

·       Les résultats de simulation de l'atténuation du filtre seront comparés à des résultats de mesures expérimentales.

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Cette matière comporte 2 volumes de cours et 1 BE

·       Cours « Convertisseurs X-Niveaux »

·       Cours « MLI, Commande vectorielle »

·       Un BE « X-Niveaux »

Convertisseurs X-Niveaux (CM 8h75, resp. G. Gateau)

Programme :

·       Problème de répartition des contraintes dans les associations série/parallèle de semiconducteurs.

·       Evaluation de différentes solutions.

·       Convertisseurs multiniveaux (FC, NPC, SMC, …).

·       Propriétés spectrales.

·       Applications industrielles.

MLI, Commande vectorielle (CM 5h25, resp. G. Gateau)

Programme :

·       Etude des méthodes de commande des convertisseurs statiques par Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) : principes et réalisation en 2 niveaux.

·       Applications aux convertisseurs Multiniveaux - Généralisation.

·       Analyse et propriétés spectrales des formes d’ondes Multiniveaux

·       Analyse par approche Vectorielle en 2N puis Multiniveaux

·       Optimisation spectrale par injection d’homopolaire (2N puis Multiniveaux)

BE X-Niveaux (BE 7h00, resp. G. Gateau, M. Pain)

Projet d'application des CM "convertisseurs multiniveaux" et "Commande vectorielle". Etude de cas, dimensionnement et validation par simulation numérique (PLECS).

Programme :

·       Etude de cas pour un convertisseur de type FC (Flying Capacitors) 3 niveaux

·       Génération des ordres de commandes par modulation PS (Phase Shifted)

·       Analyse des propriétés temporelles et fréquentielles

·       Analyse de la propriété d’équilibrage naturel du FC

·       Dans le cas triphasé, génération de la modulation PD (Phase Disposition) par l’utilisation de machines d’état – Comparaison des modulation PS et PD

·       Introduction d’homopolaire pour l’optimisation des formes d’ondes

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Cette matière comporte 1 volume de cours

·       Cours « Mécanismes de commutation & intégration fonctionnelle »

Mécanismes de commutation & intégration fonctionnelle (CM 8h75, resp. F. Richardeau)

Programme :

·       Rappels sur la commutation ""dure"" en hacheur (di/dt, dv/dt, contraintes, SOA, pertes, fréquences d'oscillations), apport de la commande rapprochée - driver (Rgon, Rgoff) pour la recherche du meilleur compromis pertes vs EMI ;

·       Passage de la commutation "dure" à la commutation "douce" en harcheur et onduleur ;

·       Apport des semi-conducteurs à grand gap (SiC et HEMT GaN) : structures physiques, caractéristiques et modèles électriques, technologies et compromis pertes vs EMI ;

·       Rappels sur la MLI en onduleur, insertion des temps morts et conséquences, évolution des dv/dt, amélioration de l'immunité de commande ;

·       Règles de conception de la commande rapprochée - driver en onduleur ;

·       Présentation des topologies multiniveaux du point de vue des mailles de commutation, comparaison qualitative ;

·       Intégration fonctionnelle :

o   Rappels sur les structures de composants unipolaires et bipolaires,

o   Éléments de dimensionnement à l'état passant et à l'état bloqué sur des bases physiques : diode PIN, diode à barrière Schottky, BJT, MOSFET et IGBT.

o   Intérêt de nouveaux composants bidirectionnels : RC-IGBT et RB-IGBT.

o   Principes et exemples de co-intégration d'interrupteurs sur puce silicium (e volet donne lieu à la réalisation d'un BE de 2x1h45)

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Cette matière comporte 1 volume de cours

·       Cours « Commande des actionneurs dans leur environnement »

Commande des actionneurs dans leur environnement (N9EE24B, CM 12h25, resp. M. David et Z. Kader)

Programme :

·       Partant des modèles inverses d’un actionneur savoir élaborer les commandes adéquates en respectant les cahiers de charge imposés

·       Définir les structures d'estimation et d'observation d'état des variables non accessibles ou non mesurables

·       Connaitre par des exemples de systèmes industriels l'environnement de la variation de vitesse ; en particulier, les solutions concernant :

o   Actionneur asynchrone à cage : commande vectorielle à flux rotorique orienté (CVFRO), régulations des courants, observation et régulation de flux, contrôle de couple, de vitesse, de position, commande CVFRO sans capteur mécanique ;

o   Machine asynchrone bobinée à double alimentation (MADA) connectée au réseau électrique ;

o   Actionneur synchrone : régulations de courant, de vitesse, de position, contrôle d'état, défluxage et commande sans capteur mécanique ;

o   Contrôles avec les estimateurs et observateurs, déterministes ou stochastiques ;

o   Exemples de systèmes industriels à fréquence variable : domaine éolien, pompage/turbinage, propulsion maritime, aéronautique, automobile et ferroviaire.

·       Le TER permet d'illustrer la conception et l'étude en simulation d'un variateur de vitesse.

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Programme :

·       Etude par simulation, à l'aide du logiciel PLECS, du fonctionnement d'une machine asynchrone à cage ou synchrone à aimants, alimentée à l'aide d'un onduleur de tension.

·       Le fonctionnement imposé par le cahier des charges de la machine (courants, flux, couple, vitesse) est assuré par une stratégie de contrôle vectoriel à orientation du flux (d'abord en continu puis en discret).

·       L'onduleur de tension, qui est dans un premier temps idéalisé est ensuite représenté finement, avec différentes solutions pour la génération des commandes.

·       Etude de différentes modulations de l'onduleur MLI et mise en place, de boucles de commande pour le couple, la vitesse et la position.

·       Evaluation des performances statiques et dynamiques du système versus un cahier des charges imposé.

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Cette matière comporte 1 volume de cours et 1 BE

·       Cours « Systèmes multidimensionnels »

·       BE « Systèmes multidimensionnels »

Systèmes multidimensionnels (CM 8h75, resp. G. Garcia)

Programme :

·       Représentations des systèmes multidimensionnels : équations différentielles couplées, matrice de transfert.

·       Commandabilité et observabilité des systèmes multidimensionnels.

·       Recherche d'une représentation d'état d'un système multidimensionnel à partir d'une matrice de transfert : méthode de Gilbert, méthode des invariants, décomposition en matrice de rang 1.

·       Conception d'une commande : placement de pôles, décomposition canonique, placement de vecteurs propres, retour d'états, retour de sortie.

BE Systèmes multidimensionnels (BE 3h30, resp. E. Chantery)

Objectifs : projet d'application du CM "Systèmes Multidimensionnels"

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Cette matière comporte 2 volumes de cours

·       Cours « Conception des Réseaux Embarqués »

·       Cours « Systèmes Énergétiques autonomes – hybridation »

CONCEPTION DES RESEAUX EMBARQUES (CM 10H50, RESP. N. ROUX)
Programme :  
•    Sécurité et fiabilité 
•    Intérêt de l’hybridation dans le fonctionnement d’un réseau embarqué
•    Sécurité et fiabilité des réseaux
•    CEM dans les réseaux électriques
SYSTEMES ÉNERGETIQUES AUTONOMES - HYBRIDATION - (CM 8H75, RESP. A. JAAFAR)
Programme : En plus des théories relatives à l'hybridation et à la gestion d'énergie des systèmes multi-sources, le cours est basé sur plusieurs exemples de systèmes énergétiques hybrides issus du retour d'expérience du laboratoire Laplace dans ce domaine de recherche. Ces exemples concernent en particulier le domaine de transport (l'aéronautique, le ferroviaire et le routier).
SYSTEMES MULT-ENERGIES (CM 7H, RESP. S.H. SUAREZ)
Objectifs : Ce cours est associé à l’acquisition des compétences suivantes :
•    Comprendre les principes de base des systèmes multi-énergies.
•    Analyser les technologies et les applications qui permettent la transition entre l’électricité, la chaleur, le froid et l’hydrogène.
•    Évaluer l’intégration de différentes sources d’énergie afin d’optimiser les performances et l’efficacité.
•    Développer la capacité de concevoir et de gérer des systèmes énergétiques hybrides.

Programme : ce cours est conçu pour fournir aux étudiants une compréhension approfondie de l’intégration et de la gestion des différentes formes d’énergie, notamment l’énergie électrique, la chaleur, le refroidissement et l’hydrogène. Il couvre les principes fondamentaux, les technologies actuelles et les applications pratiques de chacune des combinaisons possibles ainsi que les éléments de liaison entre les différents types d’énergie.
Méthodologie et évaluation du module : le cours sera développé à travers quatre conférences, où tout le matériel sera disponible avant chaque cours via notre plateforme moodle. L’évaluation de l’acquisition des connaissances se fera par le biais de QCM.
Prérequis : 
•    Avoir des notions fondamentales des réseaux électriques
Avoir des connaissances de base sur les sources d’énergie renouvelable.

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Cette matière comporte 1 volume de cours et 1 BE

·       Cours « Sources, réversibilités, stockage »

·       BE « PAC »

Sources, réversibilités, stockage (CM 10h50, resp. A. Jaafar)

Programme :

·       Comprendre le principe de fonctionnement des sources d'énergie et des éléments de stockage ;

·       Être capable d'utiliser le modèle adéquat d'une source ou d'un élément de stockage en fonction du problème étudié ;

·       Être capable d'identifier et de comparer les différentes architectures de conversion de l'énergie éolienne.

·       Concernant les énergies renouvelables, l'étudiant découvre à travers ce cours les différentes configurations de conversion de l'énergie éolienne. La conversion photovoltaïque n'est pas traitée dans ce cours (vue en 2ème année).

BE « PAC » (BE 7H, resp. A. Jaafar & S.H. SUAREZ)

Programme :

·       Mise en œuvre expérimental d’une pile à combustible de technologie PEM (Membrane Echangeuse de Proton)

·       Traçage de la courbe de la polarisation ;

·       Emulation de convertisseurs statiques à l’aide d’une charge active ;

·       Simulation du comportement dynamique de la pile à combustible.

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Cette matière comporte 1 volume de cours et 1 BE

·       Cours « Smartgrids »

·       BE « Smartgrids »

smartgrids (CM 7h00, resp. X. Roboam)

Programme : Après avoir situé l’évolution des réseaux électriques, depuis les solutions actuelles jusqu’aux smarts grids, leurs nouveaux acteurs (agrégateurs,…) et leur définition, les notions de services systèmes (contribution aux réserves de fréquence, ajustement/ effacement, ...) seront présentées en distinguant les réseaux continentaux et les réseaux insulaires. Afin de réussir la transition vers les smart grids, il faut compter sur de nouveaux degrés de libertés (stockage, mobilité électrique massive, prédictions de production et consommation, meilleure information (compteur communicant) pour un ajustement de la consommation...) permettant une "gestion intelligente (‘’smart’’) des réseaux électriques".

Le cout pour l’usager de ces nouveaux concepts étant essentiel, un aperçu des mécanismes de marché et des éléments de modèles économiques (investissement, opération) permettront à l'étudiant de faire un lien entre performance énergétique et impact économique.

Enfin, quelques exemples de smartgrids dans les réseaux insulaires ainsi que pour l’autoconsommation d’un éco quartier permettront de mettre ces concepts en évidence concrètement.

BE smartgrids (BE 7h00, resp. X. Roboam, B. Sareni)

BE d’application du CM « smargrids ».

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Cette matière comporte 2 demies journées thématiques

·        « Eclairage »

·        « Ferroviaire »

Eclairage (Conf. 3h50, resp. G. Zissis, L. Canale)

Programme : présentation, sous forme d'une conférence (demie journée) assurée par des chercheurs du laboratoire LAPLACE (équipe Lumière et Matière) des enjeux des systèmes d'éclairage intelligents et de ses impacts en termes d'énergie électrique et environnement. Présentation des technologies récentes de des sources de lumière solides (LEDs et OLEDs) et des applications au domaine de l'éclairage.

Ferroviaire (Conf. 3h50, resp. D. Frugier)

Programme : présentation, sous forme d'une conférence (demie journée) assurée par des ingénieurs de la SNCF des problématiques de la traction ferroviaire et des solutions, en termes de conversion de l'énergie électrique, qui permettent d'y répondre.

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