M2 Formation à l'enseignement supérieur en Génie Informatique, Traitement du signal, Automatique, Electronique et Télécom

M. javier Ojeda, M. Fabien Adam.

Séance 1 : Rappels asservissement continu + lieu des pôles. Représentation d'état continu, solution temporelle, changement de base, stabilité (et passage fonction de transfert), commandabilité et retour d'état par placement de pôles Séance 2 : Représentation d'état continu, observabilité, observateur de Luenberger, commande par retour d'état et observateur Séance 3 : Représentation d'état des systèmes non linéaires, gain complexe équivalent et plan de phase Séance 4 : Ateliers pédagogiques Séance 5 : Asservissement numérique, généralités, stabilité, critère algébrique, lieu des pôles Séance 6 : Commande RST, réponse pile Séance 7 : Représentation d'état numérique, méthodes de discrétisation, commandabilité, observabilité, pertes de commandabilité/observabilité, retour d'état et observateur.

L’unité d’enseignement permet une consolidation des connaissances en automatique du programme de licence et de master 1 en se focalisant sur la mise en place pratique de ces connaissances en vue de préparer une manipulation, un cours ou un TD.

E. Hubert, Traitement du signal et automatique. 1. Traitement du signal et asservissements analogiques. Paris : Hermann, 2000. E. Hubert, Traitement du signal et automatique. II. Asservissements linéaires échantillonnés et représentation d'état. Paris : Hermann, 2001. G. Yves, Automatique : systèmes linéaires, non linéaires, à temps continu, à temps discret, représentation d'état, événements discrets. Paris : Dunod, 3e édition [enrichie]. ed., 2015. V. Philippe, Automatique des systèmes échantillonnés : éléments de cours et exercices résolus. Paris : éd. Technip, 2001. B. Alain and B. A

Janvier - Février - Mars - Avril.

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Mme Cécile Durieu M. Thomas Rodet M. Olivier Rioul.

Le cours est ponctué d’illustrations, d’expériences et d’exercices. Les techniques abordées sont mises en œuvre lors de séances de travaux pratiques pour étudier et analyser des signaux et estimer leur densité spectrale de puissance. Un enregistrement musical est également analysé est en utilisant les ondelettes.

L’objectif de cet enseignement est de consolider et d’approfondir les méthodes de traitement des signaux. Des méthodes d’analyse spectrale, temps-fréquence et multirésolution sont présentées ainsi que des techniques de compression de signaux et d'images.

Plan :
-Échantillonnage des signaux et interpolation. De la transformée de Fourier (TF) à temps continu à la TF discrète(TFD) : effets de l’échantillonnage, du fenêtrage et du pas de grille, TF à court terme (TFCT), spectrogramme.
-Analyse spectrale : méthodes non paramétriques et paramétriques (périodogramme, corrélogramme et méthodes de Yule-Walker, de covariance et d’autocorrélation).
-Analyse temps-fréquence. Décompositions temps-fréquence et temps-échelle : TFCT et transformée en ondelettes continue. Séparation de fréquences instantanées par les crêtes temps-fréquence.
-Analyse multirésolution : bases d'ondelettes orthogonales. Ondelettes de Daubechies.
-Compression de signaux : codage entropique, algorithme de Huffman, théorème de Shannon. Quantification scalaire. Codage dans une base orthonormée. Transformée de Karhunen-Loève. Codage par DCT. Codage emboîté par ondelettes. Description de JPEG, JPEG2000 et EZW.

Géard Blanchet et Maurice Charbit : Signaux et images sous Matlab, Hermès. Maurice Charbit : Éléments de théorie du signal : les Signaux Aléatoires, collection pédagogique de télécommunication, Ellipses. Gilles Fleury, Analyse spectrale : méthodes paramétriques et non paramétriques, Ellipses. Stéphane Mallat : Une exploration des signaux en ondelettes, Éditions de l'École polytechnique.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

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M. Morgan Almanza M. Pierre Étienne Lévy.

Les notions vues en cours seront mises en œuvre à la fois en simulation et en pratique. Les cours doivent permettre à l’étudiant d’assimiler les connaissances théoriques, la simulation et les exercices doivent permettre d’établir un premier dimensionnement avant d’implémenter les différentes solutions proposées en pratique. Cet U.E. doit permettre d’acquérir des bases théoriques et expérimentales.

L’étude de la chaine d’énergie est un élément incontournable de l’étude des systèmes. L’électronique de puissance et les actionneurs électriques y sont omniprésents et cet enseignement a pour objectif de transmettre des bases solides.
Dans la première partie, nous ferons des rappels sur l’électronique de puissance au travers de l’étude des structures de conversion dominantes. Nous rappellerons ensuite la démarche pour établir un bilan d’énergie sur des systèmes électromécaniques et nous montrerons comment à partir des modèles électriques équivalents des machines synchrones et asynchrones, nous pourrons établir la relation de couple.
Dans la deuxième partie, nous étudierons l’association de l’électronique de puissance et des machines électriques au travers de l’établissement de stratégie de commande et de leurs implémentations dans des architectures de contrôle (microcontrôleur). Pour se focaliser sur la partie commande, l’implémentation se fera au travers d’outils de génération automatique de code.
Dans la dernière partie, nous étudierons l’intégration de cet ensemble électronique de puissance et actionneurs, dans des systèmes au sens large. Tout au long de ces enseignements, nous étudierons des systèmes en lien avec la transition énergétique comme une chaine de traction avec la gestion de sa batterie, l’interconnexion d’éoliennes ou de cellules photovoltaïques au réseau, etc.

Introduction à la commande numérique des machines électriques, Techniques de l’ingénieur 2009 Électronique de puissance – Bases, perspectives, guide de lecture, Techniques de l’ingénieur 2016 Commande numérique à base de composants FPGA d'une machine synchrone, Techniques de l’ingénieur 2008.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

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M. Jean-Pierre Barbot M. Eric Vourc'h M. Fabien Adam M. Bernard Journet.

Après une présentation des concepts théoriques (nouveaux ou de rappels) : efficacité spectrale, paramètres S, entropie, capacité du canal, BER, bilan de liaison, rendement et codage, la mise en œuvre expérimentale sera l'occasion de confronter la pratique à la théorie, de visualiser des signaux tant dans le domaine temporel que dans le domaine spectral. Des oscillateurs, PLL, synthétiseurs de fréquence, modulateurs analogiques, modulateurs numériques seront pour ce faire mis en œuvre. Pour ce qui est des communications numériques nous utiliserons des systèmes SDR (Sofware Defined Radio) : USRP, GNU radio, Adalm-Pluto...

L’objectif est d’étudier les diverses techniques et moyens permettant d’effectuer des télécommunications numériques, que le canal de transmission soit filaire ou sans fil. Trois phases sont prévues. Dans un premier temps, l’ensemble des fonctions électroniques et outils théoriques nécessaires seront développés. Les canaux de transmissions seront également étudiés et les aspects liés au bruit, et au rapport signal sur bruit développés.

L’architecture d’une chaîne d’émission réception de données numériques sera détaillée dans un deuxième temps et les outils mathématiques nécessaires à son étude seront présentés. Enfin, des systèmes de télécommunications seront analysés et leurs performances détaillées : WiFi, TNT, RNT, Téléphonie mobile...

Le plan est le suivant :
I) Électronique pour les télécommunications
- Lignes et adaptation,
- Formalisme, paramètres S,
- Bilan de liaison,
- Analyseur de réseau vectoriel,
- Oscillateurs,
- Boucle à verrouillage de phase,
- Modulations analogiques.
2) Communication numériques
- Chaîne de transmission, paradigme de Shannon,
- Codage source, codage canal,
- Modulations numériques et efficacité spectrale,
- Techniques d’accès multiple (CDMA, TDMA)
3) Analyse de système de télécommunications numériques :
- Wifi (IEEE 802.11),
- TNT (DVB-T),
- RNT (DAB),
- téléphonie mobile 2G, 3G, 4G, 5G.

M. Joindot, A. Glavieux, Introduction aux communications numériques, Editions DUNOD, D. Ventre, Communications analogiques, Editions Ellipses, F. de Coulon, Théorie et traitement du signal, Traité d’électricité Vol. VI, Editions Presse Polytechniques et Universitaires Romanes, J.G. Proakis, M. Salehi, Digital Communications, Editor Mac Graw Hill.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

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M. Fabien Adam, M. Jean-Pierre Barbot, M. Bernard Journet.

L'UE est bien adaptée à un traitement essentiellement expérimental. Après une présentation des concepts théoriques (nouveaux ou de rappels) la mise en œuvre expérimentale est l'occasion de confronter la pratique à la théorie, de mettre en évidence les limites de fonctionnement des dispositifs, de trouver les domaines de validité des modèles, ... Il s'agit aussi d'acquérir de fortes compétences expérimentales (utilisation d'appareils et de méthodes d'un laboratoire d'électronique). L'évaluation de l'UE porte en partie sur ces compétences.

L'objectif est d'étudier au travers de leurs réalisations les fonctions élémentaires d'une chaîne de traitement analogique du signal au sens large (en visant essentiellement les applications télécommunication et instrumentation). Les principales fonctions étudiées (étude générale, puis analyse d'une réalisation, caractérisation, mise en évidence des limites de fonctionnement, ...) sont : l'amplification, le filtrage (synthèse et réalisation de filtres), la génération de signaux (oscillateurs, boucle à verrouillage de phase PLL, synthétiseur de fréquence, ...), le changement de fréquence (mélangeurs, analyseur de spectre hétérodyne, ...).
Plan:
I°) Du transistor aux amplificateurs
1°) Transistors bipolaires et FET, classes d'amplificateurs
2°) Du transistor à l'AOP réel
3°) Imperfections des amplificateurs (bande passante, rendement, bruits, non-linéarités, ...)
II°) Filtrage
1°) Analyse de la fonction de filtrage : du gabarit à la synthèse
2°) Réalisations de filtres, performances
III°) Génération de signaux
1°) Oscillateurs
2°) Synthèse de fréquence à PLL.

Électronique appliquée aux hautes fréquences, François De Dieuleveult

Transmission de signaux, Christophe More

Amplificateurs fondamentaux et opérationnels, André Lantz

Précis d'électronique, Jean-Luc Azan.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

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M. Fabien Adam.

Le module se déroule sous forme de 7 séances de cours-TP de 4h. La progression des séances de TP est construite de telle façon à ré-exploiter chacune des productions expérimentales en vue de la synthèse d'un filtre numérique sur FPGA : 1°) mise en œuvre d'un additionneur (description structurelle et instanciation) 2°) utilisation de cet additionneur pour réaliser une cellule de multiplication séquentielle (description structurelle avec instanciation et comportementale) 3°) construction de la chaine de traitement numérique autour du FPGA (description en process de l'interfaçage SPI d'un CAN, instanciation d'une IP pour le CNA) 4°) description et mise en œuvre de l'opération de filtrage numérique A chaque étape une analyse est menée sur les aspects temporels, énergétiques, ressources matérielles... afin de conclure sur l'intérêt de la mise en œuvre du traitement sur FPGA comparativement à une solution DSP. L'évaluation du travail de TP porte essentiellement sur cette synthèse argumentée.

Les objectifs du module sont : acquérir une culture technologique dans le domaine de l'électronique numérique programmable (µC/µP, ASIC, CPLD, FPGA) et consolider les compétences de conception de systèmes numériques (utilisation d'un outil de description VHDL). La mise en œuvre d'un dispositif de traitement du signal temps réel (filtrage numérique) sert de support applicatif au travers duquel l'intérêt d'une solution de traitement parallèle (matérielle sur FPGA) est comparée à une solution séquentielle (algorithmique sur DSP).
Plan:
I°) Contexte de l'électronique numérique programmable
1°) Applications
2°) Différentes architectures
3°) Evolutions technologiques, performances
II°) FPGA
1°) Constitution
2°) Outils et procédure de synthèse
III°) VHDL
1°) Langage
2°) Principes de description
IV°) Adéquation architecture/traitement : exemple du filtrage numérique.

Le langage VHDL, S. Moutault Méthodes et techniques de traitement du signal, J. Max VHDL for programmable logic, K. Skahill.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

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M. Anthony Juton M. Pascal Varoqui M. Thomas Rodet M. Javier Ojeda.

L'enseignement pour cette UE se prête tout naturellement à une organisation en Cours/TD, TP et cours/TP qui alternent au premier semestre.

Langages
Programmation Objet, en C++ et en Java, notion de variable, pointeur, référence, classe, objet, méthode, héritage, polymorphisme, exception, threads, héritage multiple, interface, programmation événementielle sont introduits dans ce cours et abordés en travaux pratiques.

Systèmes d’exploitation
Séance 1 : utilisation du terminal et langage Bash en ligne de commande et script.
Séance 2 : installation d’un système, gestion du file system. Les soubassements des file systems : LVM, RAID. Administration de la machine. Installation d’un service web minimal pour la surveillance de la machine.
Séance 3 : Gestion d’un parc de machines avec un serveur NIS. Les services réseaux : ssh, ping, samba, NFS, autoFS, NIS, sauvegarde incrémentale avec RSYNC
Séance 4&5 : routage – Installation d’une distribution OpenWRT sur une machine Raspberry Pi avec les services TFTP, DHCP, PXE, NFS.

Réseaux
Séance 1 :
Introduction aux réseaux, la topologie, les couches OSI, LAN/WAN,
Réseaux de terrain / réseaux IP
Couche physique : Ethernet, WIFI, switch
Séance 2 :
Couche réseau IP, ARP, routage et translation d’adresses
lProtocole DHCP, IPv4, IPv6, VLAN
Séance 3 :
Couches transport UDP et TCP, les ports, les proxy
Quelques couches applications : DNS, HTTP, FTP, SSH, SMTP
Séance 4 :
Introduction à la cybersécurité, VPN, Firewall, tunnel SSH

Les TPs abordent l’installation d’un réseau administré et sécurisé comprenant des serveurs accessibles depuis l’extérieur. Les TDs font usage d’un simulateur de réseau GNS3.

Systèmes d'exploitation, Andrew Tanenbaum & Co; Auteur(s) : Tanenbaum, Andrew (1944-....) Édition : Paris : Pearson Education, DL 2003 Systèmes d'exploitation : principes et fonctions, Sacha KRAKOWIAK, 10 août 2015, Techniques de l’ingénieur H1510 V2 Les réseaux, Guy Pujolle, Eyrolles; Édition : 9 (5 juillet 2018) Réseaux, Andrew Tanenbaum, PEARSON (France); 5e édition (25 août 2011) Cisco Networking Academy www.netacad.com Documentation du logiciel de simulation réseau GNS3 www.gns3.com Documentation du logiciel analyseur de réseaux IP https://www.wireshark.org/.

Septembre - Octobre - Novembre - Janvier.

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B. Bernard Journet.

Première partie : Antennes ; 2 séances de cours et TD, un TP de simulation d'antenne patch, passage à deux antennes, adaptation d'impédance.

Deuxième partie : Ondes guidées ; 2 séances de cours et TD, deux séances de TP de simulation, guides d'ondes métalliques et guides d'ondes diélectriques.

Le but de cette UE est de donner des bases sur les antennes et sur les ondes guidées.
Pour les antennes, les principales caractéristiques sont introduites : diagramme de rayonnement, gain, impédance équivalente.
Différents types d'antennes sont présentées : antennes filaires, boucles et antennes patch, réseau d'antennes.

Pour ce qui est des guides d'ondes les deux domaines microondes et optiques sont étudiés. On insiste sur les notions de mode de propagation, indice effectif, vitesse de groupe, dispersion chromatique et intermodale, confinement. La méthode de l'indice effectif est abordée.

Des simulations sur logiciel de calcul par éléments finis sont proposées.

Keigo Iizuka, Elements of Photonics, Wiley-Interscience 2002. Jia-Ming Liu, Photonic Devices, Cambridge University Press, 2010. P.F. Combes, Microondes - Volume 2 : Circuits passifs, propagation, antennes, Dunod.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

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M. Bruno Le Pioufle.

Cours/TD : (20h) Electrophysiologie : (3h) Rappel : Fonctionnement d’une cellule Création et Propagation d’un potentiel d’action : modèle de ligne d’un axone

Propriétés diélectriques du vivant (3h) Impédance tissulaire/cellulaire : modèles de Fricke et de Cole-cole Modèle de perméabilité membranaire Electronique de mesure : effet de l’interface électrode-électrolyte

Interaction champ électromagnétique et vivant (6h) Effet du champ sur le vivant : DAS Utilisation sur champ à l’échelle de la cellule : Magnétophorèse Diélectrophorèse Electrorotation ElectroPerméabilisation : principe et applications

Micro-électronique pour la biologie (8h) Grands principes : puce ADN, puce à protéine, puce à cellule Organes sur puces (étude d’articles)

TP : (2x4h) Simulation du modèle de Huxley d’un canal ionique Manipulation de particule par champ électrique : diélectrophorèse sur puce.

Ce cours vous donnera les notions de base vous permettant d’appréhender l'interaction champ électrique/cellule.
En premier lieu quelques notions d'électrophysiologie vous seront données ou rappelées - à savoir comment un potentiel d'action se propage le long d'un neurone ou au niveau d'une synapse.
Dans un second temps le comportement d'une cellule plongée dans un champ électrique sera étudié, comment capturer une cellule, trier plusieurs types cellulaires, comment traiter les cellules ou un tissus cellulaire par champ électrique.
Les micro et nanotechnologies utilisées pour concevoir les biopuces utilisant ces principes seront présentées.

O. Français and B. Le Pioufle, Single Cell Electrical Characterization Techniques. In Handbook of Electroporation, Miklav?i?, D., Ed. Springer International Publishing: Cham, 2017.

A. L. Hodgkin and A. F. Huxley A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. The Journal of physiology, 117, (4), 1952.

H. Lee, S. J. Kim, M. Frenea-Robin, B. Le Pioufle, T. H. N. Dinh, S. Serfaty and P.-Y. Joubert, Electricity for Fluidics and Bio-Devices. In Engineering of Micro/Nano Biosystems: Fundamentals & Applications, Barbillon, G.; Bosseboeuf, A

Décembre - Janvier - Février - Mars.

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M. Frédéric Mazaleyrat.

5 séances de cours-TD de 4h 2 séances de TP de 4h Mesures et modélisation des pertes dans les matériaux doux Modèle de Weiss-Brillouin, résolution numérique de l’équation Mf(H,T).

Théorie du magnétisme (4h)
diamagnétisme, paramagnétisme de spin 1/2, ferromagnétisme de Weiss
Micromagnétisme (8h)
Energies constitutives d'un milieu magnétique, structure d'une paroi, calcul d'une structure en domaines,modèle de Stoner-Wholfarth,
Nanomagnétisme (4h)
anisotropie aléatoire, superparamagnétisme et couches minces
Pertes dans les matériaux doux (4h)
Pertes classiques résolution en H et en B, modèle de Bertotti.

F. Mazaleyrat, Matériaux magnétiques des principes aux applications (polycopié) E. du Trémolet de Lachesserie, Magnétisme I & II, Éditions de Physique C. Kittel, Physique de l’état solide, Dunod P. Brissoneau, Magnétisme et matériaux magnétiques pour l'électrotechnique, Dunod G. Berttoti, Hysteresis in magnetism, Academic Press A. Herpin, Théorie du magnétisme, Dunod.

Octobre - Novembre - Décembre.

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M. Arnaud Bournel M. Bernard Journet.

En nanotechnologies, une introduction générale présente le marché des semiconducteurs dans toute sa diversité et son évolution. Un panorama des composants standard est ensuite dressé : diodes, transistors bipolaires et à effet de champ. Puis deux alternatives sont étudiées : dispositifs à base de nanostructures de carbone ou spintroniques exploitant les propriétés de matériaux ferromagnétiques. La conclusion ouvre à d’autres pistes en exploration ou déjà en essor d’un point de vue production.

En télécommunications optiques c'est en trois séances de cours que les principaux composants présents dans un système de communication par fibre optique sont présentés. Une séance de TP est organisée autour d'un système Opto-microondes mettant en œuvre plusieurs composants typiques des systèmes à fibre optique, avec en particulier un modulateur électrooptique.

Le but de la thématique télécommunications optiques est de présenter sous l'aspect physique appliquée les principaux phénomènes mis en jeu dans les systèmes de communication à fibres optiques. Ainsi les principales notions concernant les composants d'extrémité, les modulateurs optiques, les propriétés des fibres optiques, les amplificateurs optiques et les multiplexeurs/démultiplexeurs à réseau sont étudiés.

La partie nanotechnologies part de notions fondamentales sur la physique des matériaux pour décrire des composants utiles pour les systèmes électroniques. Il s’agit non seulement de composants à semiconducteurs depuis longtemps utilisés dans les circuits intégrés mais aussi d’alternatives à base de matériaux innovants ou exploitant le spin électronique, qui se situent à différents degrés de maturité entre recherche et production.

Gorind P. Agrawal, Lightwave Technology, Telecommunication systems, Wiley-Interscience 2005 Gerd Keiser, Optical Fiber Communications, Mac GrawHill, 4th Ed. 2010.

André Vapaille et René Castagné, Dispositifs et circuits intégrés semiconducteurs, Dunod Nanoscience : Nanotechnologies et Nanophysique, edité par C. Dupas, P. Houdy, M. Lahmani, Belin.

Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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M. Olivier Villain M. Thomas Rodet.

Les cours et cours-TD ont lieu à l’ENS Paris-Saclay. Une visite et un TP ont lieu au synchrotron Soleil, plutôt en dernière partie de module. La validation se fait typiquement par un examen portant sur les cours et cours-TD (avec une seconde session en cas de besoin). Le TP est également pris en compte ; le travail sur une ligne de lumière de synchrotron se prêtant plus ou moins facilement à une notation, ce TP peut donner lieu par exemple à une soutenance orale a posteriori.

La compréhension de l’interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière est cruciale pour des domaines tels que l’analyse des matériaux (actuels ou du patrimoine), les capteurs, la conversion d’énergie (photovoltaïque) et la physique médicale (imagerie médicale, radiothérapie, radioprotection).
La description cristallographique de la matière est indispensable à la compréhension de l’interaction rayonnement-matière, et vice-versa. Les notions de base de cristallographie seront donc tout d’abord apportées (notions de réseau réel et réciproque, propriétés de symétrie des cristaux, exemples de structures).
On passera ensuite à l’étude de la diffraction des rayons X, de la description des dispositifs expérimentaux à l’analyse des figures de diffraction habituelles. L’absorption des rayons X sera également brièvement traitée.
La tomographie à émission de positons sera étudiée à la fin du cours, depuis ses principes physiques jusqu’au traitement mathématique nécessaire à l’obtention des images en 3D.
Une séance de travaux pratiques aura lieu au synchrotron Soleil (après une visite générale de celui-ci), sur des lignes de lumière de tomographie ou de diffraction des rayons X.

A titre d’exemple, sur la cristallographie : J. J. Rousseau Cristallographie géométrique et radiocristallographie, Masson D. Schwarzenbach Cristallographie, Presses polytechniques et universitaires romandes M. Van Meerssche et J. Féneau-Dupont Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale Editions Peeters Louvain la Neuve D. Weigel Cristallographie et structure des solides (Tome 1) Masson

Sur le synchrotron Soleil : https://www.synchrotron-soleil.fr/fr.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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M. Vincent Loyau M. Jean-Marcel Rax.

Cette UE comprend 7 séances de cours/TD dont 3 sont dédiées à l'étude des plasmas, et 4 à l'étude des matériaux pézoélectriques.

Le cours de physique des plasmas est construit autour de l’ensemble des connaissances et résultats communs à trois domaines : les plasmas industriels, les plasmas thermonucléaires et les plasmas naturels et astrophysiques. Le cours est dédié aux applications énergétiques des dispositifs plasmas. Les principes de la fusion thermonucléaire, la théorie du claquage dans les gaz et la physique des décharges seront abordés après l’études des échelles caractéristiques et processus fondamentaux.

Les propriétés électromécaniques des matériaux PZT sont expliquées à partir de leur structure cristallographique et de leur structure à l’échelle des domaines ferroélectriques. Leurs propriétés électromécaniques formalisées à partir de tenseurs permettent de modéliser leurs comportements à travers les équations d’état de la piézoélectricité. Les différentes nuances de PZT et leurs méthodes de fabrication sont présentées. Des applications dans les domaines des actionneurs et des capteurs sont décrites.

Plasmas. Jean Marcel Rax, Physique des Plasma, Editions Dunod, Collection Sciences SUP, 4e Ed. Mars 2016 Jean Marcel Rax, Physique des Tokamaks, Éditions de l’Ecole Polytechnique, Collection Physique, 1e Ed, Fév. 2011 Jean Marcel Rax, Physique de la Conversion d’Energie, Éditions EDP-Sciences, Collection Savoir Actuels, 1e Ed. Février 2015.

Matériaux piézoélectriques. Ondes élastiques dans les solides, Tome 1, D. Royer et E. Dieulesaint, Masson. Physique des diélectriques, J-C. Peuzin et D. Gignoux, EDP Sciences.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

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M. Javier Ojeda M. Jean-Marc Roussel M. François Louf M. Pierre-Alain Guidault M. Christophe Debernardi.

- Cours sur la pédagogie propre à l’enseignement - Cours sur la modélisation des systèmes multidisciplinaires - Cours et TP sur un langage de description des systèmes multidisciplinaires ; le SYSML - TPs sur les systèmes multidisciplinaires et exploita.

L’objectif de cette unité d’enseignement est de préparer les étudiants aux différentes épreuves multidisciplinaires du concours de l’agrégation de sciences industrielles de l’ingénieur. Ces épreuves font appel à des compétences aussi bien dans le domaine du génie électrique que du génie mécanique et du génie civil. D’autre part, les démarches pédagogiques spécifiques à l’enseignement seront également abordées (référentiels, méthodes d’apprentissages, etc.).

L’UE permet d’appréhender la modélisation et un outil de description de systèmes multidisciplinaire comme le SYSML. Puis au travers d’activités autours de systèmes multidisciplinaires, il est demandé de construire des séquences pédagogiques à un niveau scolaire fixé.

Rapports de jury de l’agrégation de sciences industrielles de l’ingénieur.

Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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La plupart des enseignants du département, participant au M2FESup, font partie de l'équipe pédagogique de cette UE.

Chaque étudiant présente devant l'ensemble de la promotion un certain nombre de leçons et de montages en lien avec les domaines de la spécialité du M2, de l'EEA au sens large, ou d'autres domaines des sciences industrielles de l'ingénieur. Les sujets traités font partie intégrante de la formation. Pour les leçons, en amont de la présentation, la construction de la séance est réalisée en lien avec un enseignant de la formation. Cet enseignant, ainsi que l'ensemble de la promotion participe ensuite à la présentation d'une durée d'une heure. Un temps est ensuite réservé pour un questionnement menant à une analyse critique des choix pédagogiques réalisés. Pour les montages, les manipulations sont préparées et exploitées en amont de la séance. Une présentation de deux heures selon une démarche progressive cohérente et structurée est attendue. Cette présentation est interactive avec un enseignant et l'ensemble de la promotion. Les questionnements sont menés sans limite de niveau dans un but de compréhension exhaustive du sujet traité.

La présentation de leçon, comme le montage, constitue un exercice de communication scientifique et de transmission de savoir que doit maitriser un futur enseignant/chercheur. Il s'agit également d'un moment de participation active à la formation de M2 FESup.
Lors d'une séance de leçon, l'étudiant prend en charge une séance de cours en lien avec un intitulé précis. La thématique imposée est resituée dans une séquence de niveau bac+2, L3 ou M1. L'objectif est à la fois de montrer une bonne maitrise du sujet, une aisance dans sa présentation, ainsi qu'une réflexion pédagogique sur les choix de présentation, les outils utilisés, les illustrations, ...
L'activité de montage reprend en grande partie l'idée précédente, mais avec un traitement essentiellement expérimental. L'exercice de communication se base sur une série de manipulations intégrées à la présentation. L'approche pédagogique du sujet est démontrée lors de la présentation. C'est également l'occasion d'un questionnement avec l'ensemble de la promotion dans le but d'affiner la compréhension fine des concepts et des objets manipulés.

Les programmes officiels enseignement en classes de terminale, BTS, DUT.

Septembre - Octobre - Novembre - Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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L’enseignement se déroule en cours TD avec une part importante de Travaux Pratiques qui débouchent sur un mini-projet.

Problématique de la gestion des données
Algèbre relationnelle, langages prédicatifs, opérations ensemblistes
Modèle de données relationnel
Modèle conceptuel de données
Définition d’un schéma relationnel en SQL, gestion des contraintes d’intégrité, notion de vue et d’index,
Interrogation et manipulation des données en SQL interactif
Accès à une base de données depuis un langage de programmation.

Jean-Luc Hainaut « Bases de données - 4e édition Concepts, utilisation et développement » Collection : InfoSup, Dunod.

Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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M. Franck Bimbard.

Ce module comporte deux séances de cours d’une durée de 4h chacune. La première séance est l’occasion de faire des rappels sur l’architecture des processeurs afin d’expliquer les différentes optimisations logicielles abordées. Puis, les techniques de programmation parallèle, en Multi-threading et à l’aide d’OpenMP, sont présentées et comparées. La seconde séance de cours commence par une présentation des technologies GPGPU et DSP. Puis, la programmation vectorielle à l’aide des instructions SIMD/SSE est expliquée avec des exemples détaillés. Ces deux séances de cours sont suivies de quatre séances de TP, également de 4h chacune, durant lesquelles les étudiants sont initiés aux instructions SIMD et à la librairie OpenMP. Le premier sujet de TP occupe une séance et permet aux étudiants de découvrir ces deux techniques sur des exemples simples. Puis deux autres sujets visant à optimiser des algorithmes de traitement d’image sont traités respectivement sur une et deux séances.

Ce module vise à faire découvrir aux étudiants différentes technologies utilisées dans le développement d’applications hautes performances. Dans un premier temps, les principales optimisations logicielles, permettant de tirer profit de l’architecture matérielle, sont expliquées. Puis, différentes technologies de programmation parallèle (Multi-threading, OpenMP, GPGPU, DSP) sont présentées. Enfin, le principe des instructions vectorielles (SIMD) et les techniques de programmation associées sont étudiés. Au fur et à mesure de ce module, les avantages et les inconvénients de chaque technologie sont discutés. Lors des travaux pratiques, les étudiants sont principalement initiés aux technologies OpenMP et SIMD.

Sommaire du cours :
1.Introduction
2.Optimisations logicielles
3.Programmation parallèle
a.Multi-threading
b.OpenMP
c.GPGPU (NVidia Cuda)
d.DSP
4.Programmation vectorielle
a.Principe des instructions SIMD
b.Instructions Intel SSE
c.Études de cas
5.Conclusion.

“SIMD Programming manual for Linux and Windows”, Cockshott, Springer Nature “Calcul scientifique parallèle”, Frédéric Magoulès et François-Xavier Roux, Dunod.

Janvier - Février.

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Mme Cécile Durieu M. Mohamed Abbas-Turki.

Le cours est ponctué d’exercices illustrant les notions abordées ou démontrant des résultats du cours. Une séance de TP illustre sur un cas pratique les éléments étudiés sur la modélisation, l’analyse et la synthèse de correcteurs. Le support de cours sur la commande permet d’aller au-delà des éléments abordés en cours. Les méthodes d’estimation récursive sont mises en œuvre au cours de deux séances de TP pour identifier et suivre des paramètres d’un filtre linéaire et localiser un mobile. Les différentes étapes sont illustrées ainsi que l’effet des différents paramètres de réglage. Les deux parties de l’UE se déroulent en parallèle.

L’objectif de cet enseignement est double. D’un part, il présente des outils de l’automatique moderne pour la commande de systèmes non linéaires par les critères H_2 et H_? et, d’autre part, il s’intéresse à l’estimation récursive par moindres carrés et filtrage de Kalman. Des exemples illustrent les méthodes et algorithmes présentés.

plan :
La première partie traite les thèmes suivants :
modélisation : forme standard, transformation fractionnaire linéaire, produit de Redheffer ;
analyse : normes H_2 et H_?, module et valeurs singulières, théorème de Kalman-Yakubovich-Popov, équation de Lyapunov ;
synthèse de correcteurs : théorème du petit gain, équation de Riccati, commandes H_2 et H_?, principe de séparation pour la commande H_2, commande quadratique et filtre de Kalman, filtres de pondération, synthèse H_? standard ;
La seconde partie aborde les points suivants :
méthode des moindres carrés pondérés : solution globale, solution récursive, facteur d’oubli ;
rappels sur l’estimation d’un paramètre aléatoire : estimateurs bayésiens, estimateur linéaire en moyenne quadratique ;
filtre de Kalman : mise en équation, ellipsoïdes de confiance, test de cohérence, limites et variantes du filtre.

Keith Glover, John Comstock Doyle, Kemin Zhou : Robust and optimal control, Prentice Hall edition. Hassan Khalil : Nonlinear systems, Prentice Hall edition. Jan Maciejowski : Multivariable feedback design, Addison-Wesley. Michel Barret : Traitement statistique du signal : estimation, filtrage de Wiener, méthodes récursives, détection, Ellipses. Yves Delignon : Filtre de Kalman, Techniques de l’ingénieur. Marc Labarrère, Jean-Pierre Krief, Bernard Gimonet : Le filtrage et ses applications, Cépaduès.

Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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Mme Michèle Gouiffes.

Les séances de C-TP commencent par une partie théorique et continuent par la pratique. Les TP se déroulent dans l’environnement CodeBlocks en langage C++ en utilisant la librairie opencv pour quelques-uns des traitements et pour la visualisation des images.

L’accent est mis sur l’apprentissage par la pratique. Il y a au total 5 sujets de cours-TP permettant d’aborder les notions indiquées dans le plan indiqué ci-dessus. 1 : Détection de panneaux routiers 2 : Descripteurs de texture et classification 3 : Détection de contours 4 : Détection de mouvement et flot optique 5 : Mise en correspondances et stéréovision sur la base d’un article scientifique.

1 Couleur
2 Amélioration d’images
2.1 Amélioration de la dynamique
2.2 Réduction du bruit, lissage
3 Classification
3.1 Binarisation
3.2 Clustering
4 Régions
4.1 Étiquetage en composantes connexes
4.2 Segmentation après une classification
4.3 Croissance de régions
4.4 Ligne de Partage des Eaux
5 Contours
5.1 À partir du gradient image
5.2 À partir du Laplacien
5.3 Lissage et dérivation
5.4 Autres détecteurs
6 Points d’intérêt
6.1 Détecteur de Harris
6.2 Descripteurs de points d’intérêt
7 Descripteurs de texture
7.1 Statistiques
7.2 Motifs binaires locaux (LBP)
7.3 Méthodes fréquentielles
7.4 Méthodes spatiofréquentielles
8 Descripteurs de forme
8.1 Descripteurs classiques
8.2 Signature et descripteurs de Fourier
8.3 Codage de Freeman
8.4 Moments
8.5 Transformée de Hough
9 Morphologie mathématique
9.1 Dilatation et érosion
9.2 Ouverture et fermeture
9.3 Gradients morphologiques
9.4 Transformation en tout ou rien (Hit or Miss)
9.5 Squelette morphologique
9.6 Reconstruction géodésique et seuillage par hystérésis
9.7 Morphologie fonctionnelle
10 Mouvement
10.1 Détection du mouvement par soustraction du fond
10.2 Flot optique
10.3 Algorithme de Horn et Schunck
10.4 Algorithme de Lucas-Kanade
11 Compression d’images.

Digital Image Processing, Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods, Prentice-Hall 2002 The Image Processing Handbook, John Russ, CRC Press 1998 Morphological Image Analysis : Principles and Applications, Pierre Soille, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1999 Analyse d’images : Filtrage et Segmentation, Cocquerez et al., Dunod 1995 Le traitement des images, H. Maître, Hermes Science Publications 2003 Les cours d’Antoine Manzanera (en ligne) Laurent Cabaret, Étiquetage en composantes connexes efficace pour les architectures hautes performances, Thèse de l’Université Paris-Sud. 28 septembre 2016

Janvier - Février - Mars.

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M. Bernard Journet.

Première partie : Antennes ; 2 séances de cours et TD, un TP de simulation d'antenne patch, passage à deux antennes, adaptation d'impédance.

Deuxième partie : Ondes guidées ; 2 séances de cours et TD, deux séances de TP de simulation, guides d'ondes métalliques et guides d'ondes diélectriques.

Le but de cette UE est de donner des bases sur les antennes et sur les ondes guidées.
Pour les antennes, les principales caractéristiques sont introduites : diagramme de rayonnement, gain, impédance équivalente.
Différents types d'antennes sont présentées : antennes filaires, boucles et antennes patch, réseau d'antennes.

Pour ce qui est des guides d'ondes les deux domaines microondes et optiques sont étudiés. On insiste sur les notions de mode de propagation, indice effectif, vitesse de groupe, dispersion chromatique et intermodale, confinement. La méthode de l'indice effectif est abordée.

Des simulations sur logiciel de calcul par éléments finis sont proposées.

Keigo Iizuka, Elements of Photonics, Wiley-Interscience 2002. Jia-Ming Liu, Photonic Devices, Cambridge University Press, 2010. P.F. Combes, Microondes - Volume 2 : Circuits passifs, propagation, antennes, Dunod.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars.

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M. Bruno Le Pioufle.

Cours/TD : (20h) Electrophysiologie : (3h) Rappel : Fonctionnement d’une cellule Création et Propagation d’un potentiel d’action : modèle de ligne d’un axone

Propriétés diélectriques du vivant (3h) Impédance tissulaire/cellulaire : modèles de Fricke et de Cole-cole Modèle de perméabilité membranaire Electronique de mesure : effet de l’interface électrode-électrolyte

Interaction champ électromagnétique et vivant (6h) Effet du champ sur le vivant : DAS Utilisation sur champ à l’échelle de la cellule : Magnétophorèse Diélectrophorèse Electrorotation ElectroPerméabilisation : principe et applications

Micro-électronique pour la biologie (8h) Grands principes : puce ADN, puce à protéine, puce à cellule Organes sur puces (étude d’articles)

TP : (2x4h) Simulation du modèle de Huxley d’un canal ionique Manipulation de particule par champ électrique : diélectrophorèse sur puce.

Ce cours vous donnera les notions de base vous permettant d’appréhender l'interaction champ électrique/cellule. En premier lieu quelques notions d'électrophysiologie vous seront données ou rappelées - à savoir comment un potentiel d'action se propage le long d'un neurone ou au niveau d'une synapse. Dans un second temps le comportement d'une cellule plongée dans un champ électrique sera étudié, comment capturer une cellule, trier plusieurs types cellulaires, comment traiter les cellules ou un tissus cellulaire par champ électrique. Les micro et nanotechnologies utilisées pour concevoir les biopuces utilisant ces principes seront présentées.

O. Français and B. Le Pioufle, Single Cell Electrical Characterization Techniques. In Handbook of Electroporation, Miklav?i?, D., Ed. Springer International Publishing: Cham, 2017.

A. L. Hodgkin and A. F. Huxley A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. The Journal of physiology, 117, (4), 1952.

H. Lee, S. J. Kim, M. Frenea-Robin, B. Le Pioufle, T. H. N. Dinh, S. Serfaty and P.-Y. Joubert, Electricity for Fluidics and Bio-Devices. In Engineering of Micro/Nano Biosystems: Fundamentals & Applications, Barbillon, G.; Bosseboeuf, A

Décembre - Janvier - Février - Mars.

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M. Frédéric Mazaleyrat.

5 séances de cours-TD de 4h 2 séances de TP de 4h Mesures et modélisation des pertes dans les matériaux doux Modèle de Weiss-Brillouin, résolution numérique de l’équation Mf(H,T).

Théorie du magnétisme (4h)
diamagnétisme, paramagnétisme de spin 1/2, ferromagnétisme de Weiss
Micromagnétisme (8h)
Energies constitutives d'un milieu magnétique, structure d'une paroi, calcul d'une structure en domaines,modèle de Stoner-Wholfarth,
Nanomagnétisme (4h)
anisotropie aléatoire, superparamagnétisme et couches minces
Pertes dans les matériaux doux (4h)
Pertes classiques résolution en H et en B, modèle de Bertotti.

F. Mazaleyrat, Matériaux magnétiques des principes aux applications (polycopié) E. du Trémolet de Lachesserie, Magnétisme I & II, Éditions de Physique C. Kittel, Physique de l’état solide, Dunod P. Brissoneau, Magnétisme et matériaux magnétiques pour l'électrotechnique, Dunod G. Berttoti, Hysteresis in magnetism, Academic Press A. Herpin, Théorie du magnétisme, Dunod.

Octobre - Novembre - Décembre.

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M. Bernard Journet M. Arnaud Bournel.

Les deux thématiques sont réparties en trois séances pour les nanotechnologies et quatre séances pour les télécommunications optiques.

En nanotechnologies, une introduction générale présente le marché des semiconducteurs dans toute sa diversité et son évolution. Un panorama des composants standard est ensuite dressé : diodes, transistors bipolaires et à effet de champ. Puis deux alternatives sont étudiées : dispositifs à base de nanostructures de carbone ou spintroniques exploitant les propriétés de matériaux ferromagnétiques. La conclusion ouvre à d’autres pistes en exploration ou déjà en essor d’un point de vue production.

En télécommunications optiques c'est en trois séances de cours que les principaux composants présents dans un système de communication par fibre optique sont présentés. Une séance de TP est organisée autour d'un système Opto-microondes.

Le but de la thématique télécommunications optiques est de présenter sous l'aspect physique appliquée les principaux phénomènes mis en jeu dans les systèmes de communication à fibres optiques. Ainsi les principales notions concernant les composants d'extrémité, les modulateurs optiques, les propriétés des fibres optiques, les amplificateurs optiques et les multiplexeurs/démultiplexeurs à réseau sont étudiés.

La partie nanotechnologies part de notions fondamentales sur la physique des matériaux pour décrire des composants utiles pour les systèmes électroniques. Il s’agit non seulement de composants à semiconducteurs depuis longtemps utilisés dans les circuits intégrés mais aussi d’alternatives à base de matériaux innovants ou exploitant le spin électronique, qui se situent à différents degrés de maturité entre recherche et production.

Gorind P. Agrawal, Lightwave Technology, Telecommunication systems, Wiley-Interscience 2005 Gerd Keiser, Optical Fiber Communications, Mac GrawHill, 4th Ed. 2010.

André Vapaille et René Castagné, Dispositifs et circuits intégrés semiconducteurs, Dunod Nanoscience : Nanotechnologies et Nanophysique, edité par C. Dupas, P. Houdy, M. Lahmani, Belin.

Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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M. Olivier Villain M. Thomas Rodet.

Les cours et cours-TD ont lieu à l’ENS Paris-Saclay. Une visite et un TP ont lieu au synchrotron Soleil, plutôt en dernière partie de module. La validation se fait typiquement par un examen portant sur les cours et cours-TD (avec une seconde session en cas de besoin). Le TP est également pris en compte ; le travail sur une ligne de lumière de synchrotron se prêtant plus ou moins facilement à une notation, ce TP peut donner lieu par exemple à une soutenance orale a posteriori.

La compréhension de l’interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière est cruciale pour des domaines tels que l’analyse des matériaux (actuels ou du patrimoine), les capteurs, la conversion d’énergie (photovoltaïque) et la physique médicale (imagerie médicale, radiothérapie, radioprotection).
La description cristallographique de la matière est indispensable à la compréhension de l’interaction rayonnement-matière, et vice-versa. Les notions de base de cristallographie seront donc tout d’abord apportées (notions de réseau réel et réciproque, propriétés de symétrie des cristaux, exemples de structures).
On passera ensuite à l’étude de la diffraction des rayons X, de la description des dispositifs expérimentaux à l’analyse des figures de diffraction habituelles. L’absorption des rayons X sera également brièvement traitée.
La tomographie à émission de positons sera étudiée à la fin du cours, depuis ses principes physiques jusqu’au traitement mathématique nécessaire à l’obtention des images en 3D.
Une séance de travaux pratiques aura lieu au synchrotron Soleil (après une visite générale de celui-ci), sur des lignes de lumière de tomographie ou de diffraction des rayons X.

A titre d’exemple, sur la cristallographie : J. J. Rousseau Cristallographie géométrique et radiocristallographie, Masson D. Schwarzenbach Cristallographie, Presses polytechniques et universitaires romandes M. Van Meerssche et J. Féneau-Dupont Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale Editions Peeters Louvain la Neuve D. Weigel Cristallographie et structure des solides (Tome 1) Masson

Sur le synchrotron Soleil : https://www.synchrotron-soleil.fr/fr.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février - Mars - Avril - Mai.

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M. Vincent Loyau M. Jean-Marcel Rax.

Cette UE comprend 7 séances de cours/TD dont 3 sont dédiées à l'étude des plasmas, et 4 à l'étude des matériaux pézoélectriques.

Le cours de physique des plasmas est construit autour de l’ensemble des connaissances et résultats communs à trois domaines : les plasmas industriels, les plasmas thermonucléaires et les plasmas naturels et astrophysiques. Le cours est dédié aux applications énergétiques des dispositifs plasmas. Les principes de la fusion thermonucléaire, la théorie du claquage dans les gaz et la physique des décharges seront abordés après l’études des échelles caractéristiques et processus fondamentaux.

Les propriétés électromécaniques des matériaux PZT sont expliquées à partir de leur structure cristallographique et de leur structure à l’échelle des domaines ferroélectriques. Leurs propriétés électromécaniques formalisées à partir de tenseurs permettent de modéliser leurs comportements à travers les équations d’état de la piézoélectricité. Les différentes nuances de PZT et leurs méthodes de fabrication sont présentées. Des applications dans les domaines des actionneurs et des capteurs sont décrites.

Plasmas. Jean Marcel Rax, Physique des Plasma, Editions Dunod, Collection Sciences SUP, 4e Ed. Mars 2016 Jean Marcel Rax, Physique des Tokamaks, Éditions de l’Ecole Polytechnique, Collection Physique, 1e Ed, Fév. 2011 Jean Marcel Rax, Physique de la Conversion d’Energie, Éditions EDP-Sciences, Collection Savoir Actuels, 1e Ed. Février 2015.

Matériaux piézoélectriques. Ondes élastiques dans les solides, Tome 1, D. Royer et E. Dieulesaint, Masson. Physique des diélectriques, J-C. Peuzin et D. Gignoux, EDP Sciences.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre.

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