Energie Électrique, Environnement et Fiabilité Systèmes - Apprentissage

Le module couvrira les points suivants:

• Lien fonction de transfert et équation différentielle
• Représentation et retour d’état continu (valeurs propres, stabilité)
• Représentation et retour d’état échantillonné
• Commande par retour d’état sans et avec bouclage intégral, commande LQR
• Observateurs d’état
• Commande non-linéaire avec exemples

Travaux pratiques: mise en place des acquis sur des exemples réels (par ex., moteurs électriques), programmation en python (bibliothèques numpy et control).

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Cette unité d’enseignement complète une formation de base en traitement du signal par des connaissances approfondies en signaux numériques déterministes ou aléatoires. Ces connaissances sont indispensables dans toutes les sciences pour l’ingénieur, le traitement des signaux numériques étant actuellement utilisé dans la majorité des applications.

Dans une première partie (10h30 Cours, 6h TP), le cours aborde les aspects échantillonnage et quantification des signaux continus et la relation entre signaux numériques et signal continu original. On y définit la transformée de Fourier discrète des signaux numérique, son estimation et son usage sur des signaux déterministes réels.

La seconde partie du cours (9h Cours, 4h30 TD, 3h TP) est dédiée aux signaux aléatoires et comment les propriétés de certains signaux aléatoires peuvent être utilisées soit pour réduire la part aléatoire d’un signal dont on souhaite privilégier la partie déterministe (filtrage, augmentation du rapport signal sur bruit, …) soit pour améliorer la transmission de l’information ou encore identifier des systèmes complexes linéarisés.

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• Cette unité d’enseignement complète la formation de base en électronique analogique par des connaissances approfondies en filtrage, amplification et modulation des signaux. Ces connaissances sont indispensables pour la compréhension et la réalisation de systèmes électroniques analogique dans tous les champs des sciences pour l’ingénieur.
• L’enseignement est organisé sous forme de cours, de travaux dirigés et de travaux pratiques ouvrant la possibilité à de mini projets.

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Cette unité d'enseignement, consacrée aux bases d'électronique numérique, est structurée de façon originale autour d'un projet technique, mené individuellement ou en binôme, dont l'avancement suivra la progression des cours associés.

Chaque sujet de projet sera attribué au début de l’unité d’enseignement.

Les principales notions d’électronique numérique seront approfondies à travers les cours magistraux et des TP pourront venir compléter les aspects théoriques pour guider l’avancement du projet.

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Cette unité d’enseignement est constituée de plusieurs parties, la première portant sur les structures de l’électronique de puissance nécessaires à l’alimentation d’un système électronique. La seconde portera sur la régulation en courant ou en tension de ces structures. Une troisième partie portera sur les fonctions de conversion nécessaires à la commande des actionneurs de type MCC et DC Brushless.

La dernière partie présente les topologies d’actionneurs pour la robotique et leur mise en œuvre. La régulation d’un moteur à courant continu et la commande par autopilotage d’un moteur synchrone illustreront cette dernière partie.

Des travaux pratiques permettront d’observer le principe et la mise en œuvre de systèmes régulés pour l’électronique et les actionneurs. Cette UE pourra être le support des sujets de projet de M1.

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On appelle génie informatique la discipline qui traite de la conception, du développement et de la fabrication de systèmes informatiques, aussi bien d'un point de vue matériels que logiciels.

Cette discipline est devenue fondamentale dans les sciences pour l’ingénieur que ce soit en électronique, en robotique, en traitement du signal, en mesure … dû à la part importante qu’a pris l’ordinateur dans tous ces domaines.

Ce module vise à amener les étudiants à développer du code informatique dans un volume correspondant à l’échelle d’un logiciel complet. La quantité de code associée suscite naturellement un besoin de structurer le code pour qu’il reste viable, et les concepts associés à la structuration du code seront donc abordés ou renforcés.
L’enseignement est donc organisé pour l’essentiel autour de travaux pratiques et de projets. Le contexte concerne pour une grande part des thématiques profondes de l’EEA : le traitement du signal (chaine d’acquisition), l’interfaçage d’instrument, et la remontée de données par internet sur plateforme linux embarqué. Le thème de la programmation par événements à travers le développement d’interfaces graphiques sera également abordé. Les langages servant de support seront Labview et Python. Des portions de C/C++ pourront être utilisées à l’initiative des étudiants dans les projets.

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- Synthèse de contrôleur.

- Synthèse robuste et gestion d’aléas.

- Représentation et synthèse de machines synchrones.

- Langage de description/synthèse.

- Les base du langage VHDL (entité, architecture, …).

- Descriptions comportementales et structurelles.

- Simulation (Testbench).

- Les circuits reprogrammables (SPLD, CPLD, FPGA).

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Cours TD d’anglais de spécialité et anglais de communication et qui vise l’autonomie professionnelle en langue anglaise.

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Projet en partenariat avec un laboratoire de recherche et/ou une entreprise, mettant en avant les compétences scientifiques, l'autonomie et l'adaptabilité́ de l’étudiant.

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L’énergie électrique est un des vecteurs énergétique essentiel dans la gestion de l’énergie. Elle prend plus d’importance dans les nouvelles applications permettant de réduire l’empreinte carbone par exemple dans la propulsion électrique. La production de l’énergie électrique se fait par des productions de fortes puissances (centrales thermiques) mais aussi par de plus en plus par des sources intermittentes dues aux énergies renouvelables (photovoltaïque, éolien…). Cette énergie électrique produite doit être transportée et distribuée et la gestion globale des réseaux de transport et distribution est une contrainte majeure.

Cette unité d’enseignement va :

• Apporter les connaissances théoriques de modélisations des éléments de productions, transport et distribution de l’énergie électrique.
• Permettre de définir le régime sinusoïdal triphasé, la qualité de l’énergie électrique et l’étude des réseaux déséquilibrés par les composantes symétriques.
• Permettre de mettre en œuvre la modélisation des transformateurs, des éléments inductifs (bobine de point neutre…), des alternateurs synchrones et des génératrices asynchrones. Elle donnera les méthodes expérimentales de caractérisations de ses éléments.
• Donner les conditions de raccordement des générateurs aux réseaux électriques, la mise en parallèle et les réglages associés.
• Permettre l’établissement des modèles pour les lignes et câbles pour la distribution électrique. Elle donnera des notions de gestion des puissances, de l’impact des court-circuit dans les réseaux de fortes puissances. L’utilisation de logiciels réseaux permettra d’illustrer les phénomènes.

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La transition énergétique est souvent associée à des objectifs d’implantation de moyens de production à partir d’énergies renouvelables (Eolien, photovoltaïque, hydraulique…). L’utilisation de sources intermittentes génère des contraintes particulières pour les réseaux électriques de transport et de distribution. Cette unité d’enseignement sera constituée de trois parties : une partie technologique et théorique sur les réseaux. Une seconde partie sur les moyens de production et les énergies renouvelables, en mettant en avant l’énergie éolienne. Enfin une troisième partie portera sur l’évolution numérique des réseaux électriques : les réseaux intelligents et les smart Grid.

Cette unité d’enseignement va :

• Définir la technologie de l’ensemble des éléments d’un réseau électrique de distribution HT et BT.
• Apporter les connaissances nécessaires pour appréhender les fonctions et caractéristiques des réseaux électriques (architectures, aérien, souterrains, niveau de tensions, puissances, transformateur, alternateur…) et
• Permettre le choix et de mettre en œuvre des appareils en fonction des besoins (isolation, protections, commande…).
• Définir les règles de sécurité électrique pour les interventions permettant ainsi de comprendre et appliquer les procédures de consignation.
• Permettre de déterminer, choisir et régler les protections à partir des caractéristiques du réseau et des équipements en expliquant le calcul des courants de défaut et l’utilisation basique des logiciels professionnels de calcul.
• Détailler le choix des schémas de liaison à la terre répondant à un cahier des charges et à des critères économiques donnés, des contraintes de disponibilité, de qualité…
• Faire un état de l’art des moyens de stockage de l’énergie électrique et présenter l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique associé à l’énergie électrique et à la transition énergétique.
• Décrire les moyens de production et développer le principe de conversion pour la production d’énergie éolienne et hydraulique.
• Introduire les méthodes d’étude de projets éoliens, d’analyse de la ressource, de la réglementation, de la problématique de raccordement et de l’impact sur l’environnement.
• Introduire les Smart-Grid et l’utilisation d’internet et des réseaux industriels dans la protection et la commande des réseaux électriques.

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Le stage ou le projet de fin d’étude devra mettre en avant les compétences scientifiques, l'autonomie et l'adaptabilité́ de l'étudiant :

• Stage de 2 à 3 mois (maximum 5 mois) à effectuer en laboratoire de recherche ou au sein d'une entreprise ;
• ou projet de fin d’étude de 3 mois en laboratoire de recherche ou en salle de projet d’enseignement.

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Description* :

1 - Il s’agit de permettre aux étudiants de comprendre l’enjeu d’une candidature bien préparée et en adéquation avec une annonce de stage ou d’emploi ou en lien avec les activités d’une structure professionnelle dans le cas d’une candidature spontanée ; de rédiger des CV et des lettres de motivation ; de mieux se connaître en termes de personnalité ; d’utiliser les nouvelles technologies (réseaux sociaux et jobboards) et d’orienter ses recherches en fonction de son projet professionnel. Enfin, de savoir comment se préparer et se comporter lors des entretiens d’embauche.

2 - Il s’agit de permettre aux étudiants de rédiger un article scientifique suite à la réalisation d’un projet. Pour cela, ils doivent en connaître les objectifs et les caractéristiques, le plan à appliquer, les différentes étapes de réalisation ainsi que les règles de présentation. Ensuite, pour présenter oralement leur projet, les étudiants doivent connaître et pouvoir appliquer la structure générale de présentation ; définir des supports visuels adaptés et pertinents ; respecter des règles d’expression orale pour s’exprimer correctement et dans une démarche professionnelle (vocabulaire, syntaxe, etc.) ; adopter des comportements dynamisant le discours et permettant d’accrocher son auditoire.

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La Fiabilité fait partie des 4 composantes de la SdF qui sont la Fiabilité, la Maintenabilité, la Disponibilité et la Sécurité. Cette composante fondamentale de la SdF est enseignée dans cette UE tant sur les aspects qualitatifs que quantitatifs.

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L’industrie du transport de l’énergie électrique et de la conception des appareillages Hautes Tensions sont confronté à chercher des solutions pour les contraintes d’isolations. Elles cherchent à améliorer la fiabilité et la durée de vie de leurs constituants (câbles, isolateurs, disjoncteurs …). Elles cherchent à développer des solutions innovantes pour le transport pour réduire la pollution visuelle de lignes aériennes comme les liaisons électriques haute tension en régime continu (HVDC). Pour cela il est donc nécessaire de caractériser et de développer de nouveaux isolants et de tenir compte des contraintes environnementales.

Cette unité d’enseignement aborde les différentes propriétés des matériaux isolants et conducteurs, tels que la conductivité, la permittivité, la rupture diélectrique… Elle définit la théorie sur l’origine physique des différents phénomènes liés à ces propriétés.

Une partie du cours est également consacrée aux techniques de mesure, de caractérisations et à l’analyse de données liés aux différentes propriétés des diélectriques.

Cette unité d’enseignement comprend également un cours sur les particularités de l’utilisation de la haute tension ainsi que des applications à l’appareillage haute tension. Elle définira les fonctions, les caractéristiques et les contraintes de cette appareillage.

Une présentation des réseaux HVDC est traitée, elle donne les architectures des convertisseurs et des liaisons (unipolaire, bipolaire), les caractéristiques et les contraintes.

Une partie pratique comprenant des mesures et de l’analyse de données pour la caractérisation des diélectriques sera effectuée lors d’un mini projet.

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L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie propre n’émettant pas de gaz à effet de serre. Elle produit de l’énergie électrique (production terrestre) contribuant à l’augmentation de l’efficacité énergétique des bâtiments. Cette énergie peut aussi être utilisée dans des solutions nomades ou embarquées associées si besoin à des solutions de stockage.

Cette unité d’enseignement :

• Apportera les compétences scientifiques nécessaires à la compréhension du fonctionnement des systèmes à énergie photovoltaïque pour la production de l’énergie électrique.
• Définira les technologies et caractéristiques des cellules, panneaux et générateurs photovoltaïques (terrestres, embarqués, spatial…).
• Définira les énergies portables, nomades à base de systèmes photovoltaïques permettant des économies d’énergie et une certaine autonomie en fonction de la situation.
• Définira les architectures, le contrôle et la commande des systèmes de production d’énergie photovoltaïque terrestre et spatiale.
• Introduira l’étude de projets photovoltaïques, de la ressource, de la réglementation, et la problématique du raccordement au réseau de distribution.

Un aspect environnemental prenant en compte l’impact global de l’énergie photovoltaïque dans la transition énergétique sera présenté en introduisant les avantages et inconvénients par rapport à d’autres sources d’énergie intermittentes ou pas.

Des travaux pratiques permettront d’illustrer les points essentiels introduits lors du cours de cette unité d’enseignement. Cette thématique pourra être proposé en projet de Master 2.

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Dans la conception de systèmes de conversions d ‘énergie, dans le cadre d’une étude de faisabilité par exemple, il est indispensable de faire appel à des logiciels de calcul scientifique et/ou des logiciels de simulation qui permettrons une économie substantielle de temps.

Cette unité d’enseignement va :

• Apporter des connaissances sur les méthodes de calculs numériques utilisées dans les logiciels commerciaux utilisés pour résoudre des problèmes appliqués au génie électrique.
• Introduire des notions d’optimisation pour la recherche d’une solution optimale sous contrainte dans un problème lié au génie électrique.
• Permettre de mettre en place et appliquer des techniques numériques pour le traitement de données issues, par exemple, de l’étude de fiabilité d’un système électrique ou d’électronique de puissance.
• Présenter les méthodes et les logiciels à élément finis utilisés pour la résolution des problèmes physiques ou multi physiques.
• Traiter des problèmes de thermique liés à la conversion d‘énergie et apportera des connaissances théoriques nécessaires à la compréhension et à la modélisation des phénomènes thermiques dans les composants et systèmes du génie électriques (électronique de puissance, transformateur HF, câbles de distribution…).

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La place de l’énergie électrique est prépondérante dans le développement des transports tels que, par exemple, l’aéronautique et l’automobile. Les fortes contraintes environnementales et économiques de ces domaines rendent impératives la conception et le développement de convertisseurs à forte puissance massique avec un taux de fiabilité élevé.

Cette unité d’enseignement va :

• Apporter aux étudiants les éléments clés pour la conception, le dimensionnement, l’étude et la simulation des convertisseurs de puissance utilisés dans les systèmes embarqués ainsi que d’autres applications, telles que, la gestion de l’énergie électrique dans les systèmes de production, transport et contrôle d’énergies renouvelables ou non.
• Présenter l’intérêt des convertisseurs pour les systèmes embarqués qui évoluent continuellement vers le tout électrique et fera le lien avec les problèmes posés par les taux de fiabilité actuels de l’électronique de puissance.
• Introduire des notions permettant de calculer un bilan carbone et de faire de l’écoconception. Ces éléments de design sont aujourd’hui indispensables pour concevoir des produits performants et aider à la réussite de la transition énergétique.
• Donner aux étudiants des compétences sur les dispositifs actuels de l’électronique de puissance et leur permettra de mieux comprendre les structures de convertisseurs émergentes.
• Présenter les contraintes liées à l’utilisation de composants passifs et plus particulièrement des composants magnétiques fonctionnant à hautes fréquences et qui sont absolument nécessaires au fonctionnement de ces convertisseurs.

Les étudiants devront être capable de réaliser un projet complet à partir d’un cahier des charges spécifique ce qui les amènera à étudier dans sa totalité une structure de conversion régulée.

Les travaux pratiques associés au cours permettront de mieux appréhender les verrous technologiques dans la conception de structures performantes en électronique de puissance.

Cette Unité d’enseignement servira de support pour les projets de master 2.

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Pour réduire nos émissions de CO2 les industries clés du transport (automobile, aéronautique…) cherchent à développer des solutions de déplacement innovantes. La plupart de ces solutions sont électrique, et ces motorisations électriques se font principalement à partir de moteur synchrone.

Cette Unité d’Enseignement va :

• Apporter aux étudiants les connaissances scientifiques et technologiques permettant de modéliser et dimensionner un actionneur synchrone pour des applications spécifiques liées aux domaines de la propulsion électrique.
• Apporter les connaissances théoriques nécessaire à la compréhension des phénomènes physiques intrinsèques au fonctionnement des moteurs synchrones (électromagnétiques, électriques, thermique, mécaniques).
• Définir et étudier les différentes topologies, organisations d’actionneurs synchrones (bobinages, rotors…).
• Développer les méthodes de modélisations permettant d’appréhender la commande d’un moteur synchrone.
• Présentera une méthode de dimensionnement d’un actionneur synchrone à aimants. Elle associera cette méthode aux logiciels à éléments finis permettant de vérifier ce dimensionnement.
• Apporter des connaissances afin de voir l’impact d’un tel actionneur dans la transition énergétique et sur l’environnement.

Enfin, la partie pratique mettra en œuvre les méthodes et techniques de mesures nécessaires à l’étude, la modélisation des composants électromagnétiques et la commande de moteurs synchrones. Des travaux d’applications où les mesures réalisées sont exploitées par la suite avec des logiciels scientifiques (Excel, Matlab, femm...) serviront à appliquer le cours. Cette thématique pourra être proposé en projet de Master 2.

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La Sûreté de Fonctionnement (SdF) est la science des défaillances. Elle s'attache à les prévoir, les mesurer et, plus largement, à les maîtriser. Dans cette UE, est enseignée la démarche et les aspects quantitatifs de la SdF.

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Projet en partenariat avec un laboratoire de recherche et/ou une entreprise, mettant en avant les compétences scientifiques, l'autonomie et adaptabilité de l’étudiant.

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Stage de 5 à 6 mois à effectuer en laboratoire de recherche ou au sein d'une entreprise, mettant en avant les compétences scientifiques, l'autonomie et l’adaptabilité de l'étudiant.

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Préparation à l'insertion professionnelle.

Enseignement assuré par une consultante RH senior, ancienne RRH de grands groupes, qui mobilise au service de son enseignement sa riche expérience du recrutement.

Approche pédagogique favorisant le partage d'expérience et la réponse aux situations et questions des étudiants.

Apports généraux sur le recrutement de A à Z, comment être plus efficace dans sa recherche, vision sur les approches des recruteurs finaux, des cabinets de recrutement, des sociétés de service.

Simulations d'entretiens de recrutement en petits-groupes avec debriefing personnalisé orchestré par l'enseignante.

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Cours TD d’anglais de spécialité et anglais de communication et qui vise l’autonomie professionnelle en langue anglaise.

Renforcer et consolider les acquis de Master 1.

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