Bases scientifiques et techniques de l'Ingénieur.e

Code UE : USGI0A

  • Cours + travaux pratiques
  • 7 crédits

Responsable(s)

Christophe HOAREAU

Dany GAILLON

Objectifs pédagogiques

Outils mathématiques de l'Ingénieur.e (42 heures)
- Savoir choisir et utiliser les outils mathématiques utilisés en ingénierie industrielle
- Introduction aux méthodes de résolution numérique
- Connaissance des lois de probabilités
- Maîtrise du calcul statistique
Thermique & Energétique de l'Ingénieur.e (42 heures)
Etudier les notions de base de la thermodynamique appliquée, de la thermique et avoir une vision d’ensemble sur les énergies renouvelables (énergie solaire, éolienne, géothermie, biomasse).
Comprendre et savoir faire un bilan énergétique d’une installation comportant des machines thermiques.
Maîtriser les différents cycles de puissance à gaz ou à vapeur.
Analyser les différentes formes d’énergies.
Etre capable d’étudier un cycle combiné et une installation de production d’énergie grâce à la cogénération.
Avoir des connaissances indispensables de la thermique, de la climatisation et de la production du froid.
Consolider les notions essentielles telles que :
- les différents modes de transferts thermiques
- les échangeurs de chaleur
- les chaudières et la combustion
- la réglementation thermique du bâtiment et le diagnostic de performance énergétique(DPE).
Automatique & Commande de processus industriels (38 heures)
- Acquérir les bases de la régulation industrielle
- Savoir dimensionner et simuler un système de régulation simple type PID
- Echanger avec les spécialiste de l'automatique

Contenu

Outils mathématiques de l'Ingénieur.e (42 heures)
Méthodes de résolution d’équations différentielles linéaires :
- Applications aux processus industriels
Probabilités :
- Rappel succinct du modèle probabiliste.
- Probabilité Conditionnelle et Indépendance.
- Lois usuelles de probabilité
- Théorie de l’estimation
- Estimation ponctuelle et par intervalle de confiance
- Tests statistiques : Notions d’hypothèse, de risque
- Probabilités sur logiciel.
Outils et calculs statistiques :
- Statistiques à une variable.
- Régression linéaire simple et Corrélation.
- Autres régressions.
- Statistiques sur logiciel.

Thermique & Energétique de l'Ingénieur.e (42 heures)
Thermodynamique
Introduction : généralités et principes fondamentaux
- définition, notion de systèmes, volumes de contrôle et variables thermodynamiques
- état d’équilibre d’un système et variables d’état
- systèmes ouverts, fermés, évolution d’un système
Energie et chaleur :
- formes d’énergies, conversion et transfert d’énergie en chaleur, travail
- le bilan d’une énergie d’un système
- énoncé du premier principe de la thermodynamique PPT : définition de l’enthalpie
- notion de rendement
Evolutions du système et transformations
- différentes formes d’évolution :isotherme, isovolume, isobare
- évolutions réversibles et irréversibles
- conséquences des lois d’évolution : évolutions isentropiques (transformations adiabatiques et réversibles) et polytropiques
- énoncé du deuxième principe de la thermodynamique : l’entropie
Cycles thermodynamiques
- bilan d’énergie dans un cycle (fermé ou ouvert)
- définition d’une machine thermique (rendement thermodynamique et rendement de Carnot)
- application du deuxième principe de la thermodynamique
- rendements des machines thermiques et frigorifiques (TAG, PAC, Frigo…)
Diagrammes thermodynamiques
- Clapeyron, Watt
- Entropique T,S
- Enthalpie H, S
Cycles de puissance à gaz
- Cycle d’Otto, Diesel, Stirling
- Cycle de Baryton Turbine à gaz (régénération et réfrigération)
- Rendement du cycle
Cycles de puissance à vapeur
- Utilisation de la vapeur et les notions de changement d’état
- Diagramme de Mollier pour la détermination des variables thermodynamiques
- Cycle de RANKINE et HIRN (cycles à régénération ou à soutirage)
- Améliorations du rendement du cycle
Combustion
- Notions de base de la combustion et des combustibles
- Richesse du mélange, pauvreté
- Application à l’étude d’une chaudière industrielle ou domestique
Cycles combinés et cogénération
- Importance du cycle combiné pour la production et l’économie d’énergies
- Principe de la cogénération et le rendement
Notion de climatisation
- L’air sec et l’air atmosphérique
- L’air humide et l’utilisation du diagramme psychométrique
- Etude d’une C.T.A (centrale de traitement d’air)
Thermique
Introduction aux transferts de la chaleur
Conduction
- Loi de Fourier
- Equation de la conduction
- Modèle d’étude en régime permanent
Convection
- Loi de Newton
- Nombres sans dimensions (Nusselt, Prandtl, Peclet, Grashof, Reynolds, Margoulis, Stanton)
- Convection naturelle, convection forcée
Rayonnement
- Définitions
- Emittance énergétique d’un corps : loi de Stéphan-Boltzmann
- Puissance transmise par rayonnement
Echangeurs de chaleur
- Généralités sur les échangeurs
- Flux échangé et coefficient global d’échange
- NUT (nombre d’unités de transfert) et l’efficacité
- Fonctionnement à co-courant ou contre-courant
- Calcul des échangeurs : méthode MLDT et méthode NUT
- Utilisation des échangeurs (condenseurs, évaporateurs, surchauffeurs)
Réglementation thermique dans le bâtiment
- RT2005, 2010 : coefficients et Ubat
- DPE (Diagnostic de Performance Energétique)
Energies Renouvelables
- Différentes formes ENR (solaire, géothermique, éolienne…)
- Détermination des puissances produites
Raccordement aux réseaux

Automatique & Commande de processus industriels (38 heures)
Introduction à l'automatique :
- Vue d'ensemble de l'automatique et son rôle dans les processus industriels
- Concepts de base : variables, boucle ouverte, boucle fermée, régulation et asservissement
- Principes fondamentaux des systèmes de contrôle automatiques
Modélisation des systèmes dynamiques :
- Modélisation mathématique des processus industriels en utilisant des équations différentielles ordinaires (EDO)
- Introduction à la transformée de Laplace comme outil de résolution d'EDO
- Utilisation de la transformée de Laplace pour obtenir la fonction de transfert d'un système
- Méthodes de modélisation pour les systèmes linéaires et non-linéaires
Analyse des systèmes asservis :
- Analyse des performances des sytèmes de contrôle en boucle fermée
- Stabilité des systèmes : critère de Routh-Hurwitz, stabilité de Bode, ...
- Mesure des performances : temps de montée, temps de réponse, marge de phase, marge de gain, ...
Conception de systèmes de régulation :
- Choix des paramètres du régulateur proportionnel-intégral-dérivé (PID)
- Méthodes de réglage du PID : Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, ...
- Techniques de réglage avancées : régulateurs PID adaptatifs, contrôle prédictif
Commande numérique et automatisation :
- Introduction à la commande numérique et aux automates programmables
- Programamtion d'automates : langages ladder, lagages fonctionnels, ...
- Exemples d'automation industrielle : commande de robots, lignes de production, ...
Partie pratique :
- Utiisation de logiciels de simulation de systèmes de contrôle
- Conception et implémentation de régulateurs PID pour des processus industriels spécifiques
- Expérimentation avec des systèmes de contrôle en temps réel
 

Modalité d'évaluation

Outils mathématiques de l'Ingénieur.e (42 heures)
Contrôle continu (1 note min. obligatoire) :
- QCM, devoir écrit, exercices notés, ...
- Une note de contrôle continu est demandée dans le cadre de ce module. Cette note peut être la moyenne de plusieurs autres notes et les modalités d'évaluation sont à la discrétion de l'intervenant.e.
Examen final :
- En dehors du cours : l'examen doit porter sur les notions vues en cours et doit être dimensionné pour une durée de 2 heures.
- L'examen doit idéalement se présenter sous forme d'une étude de cas faisant appel aux notions abordées en cours.
Thermique & Energétique de l'Ingénieur.e (42 heures)

Automatique & Commande de processus industriels (38 heures)
Contrôle continu (1 note min. obligatoire) :
- QCM, devoir écrit, exercices notés, ...
- Une note de contrôle continu est demandée dans le cadre de ce module. Cette note peut être la moyenne de plusieurs autres notes et les modalités d'évaluation sont à la discrétion de l'intervenant.e.
Examen final :
- En dehors du cours : l'examen doit porter sur les notions vues en cours et doit être dimensionné pour une durée de 2 heures.
- La partie pratique doit obligatoirement être notée et entrera dans la composition de la note d'examen final ; la partie pratique n'est pas un contrôle continu.

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