M2 Procédés, Energies Renouvelables et Géosciences

Professeurs d'anglais de CentraleSupélec.

English teaching dedicated to research.

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

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Différents intervenants de l'industrie ou du monde académique.

Cette UE sera construite à partir de conférences présentant les défis techniques et économiques du secteur de l’énergie et fera intervenir des intervenants de l'industrie ou du monde académique experts dans leur domaine.

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

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Benoît Noetinger (IFPEN).

Le cours présentera les notions suivantes :
1. Géologie, structure de la Terre, tectonique, bassins sédimentaires, failles, formation des minéraux ;
2. Hydrologie : cycle de l’eau, aquifères, loi de Darcy, tests transitoires, biseaux salés
3. Géothermie, éléments technico-économiques, haute température, basse température
4. Ressources minérales : terres rares, lithium, hydrogène naturel
5. Modélisation numérique : géologie numérique, modélisation des réservoirs souterrains
6. Séquestration CO2.

Novembre - Décembre.

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Hervé Duval (CentraleSupélec) Mehdi Ayouz (CentraleSupélec) Sébastien Ducruix (CNRS) Daniel Baquerisse (Orano Group).

Ces séances sont constitués de projets numériques réalisés en salle informatique ou avec un ordinateur portable par groupe de deux ou trois étudiants.

Cet ensemble de projets numériques est constitué de trois parties :
1. Méthodes numériques et projet numérique (20h) : les étudiants modéliseront et simuleront un procédé en développant leur propre code de calcul. Le procédé choisi (évaporateur à film tombant par exemple) couplera les différents types de transfert (matière, énergie et quantité de mouvement).
2. Mécanique des fluides numérique (15h) : L’objectif de ce module de calcul numérique est l’apprentissage de la méthodologie d’utilisation d’un logiciel de CFD (Computational Fluid Dynamics) commercial et de son utilisation dans le cadre de l’étude des transferts de chaleur et de matière.
3. Simulation de procédés (projet numérique) (15h) : Le but de ce module de simulation des procédés est de réaliser un projet numérique pour faire découvrir aux élèves par la pratique un logiciel de simulation de procédés. Ce logiciel comporte des modèles d’appareils unitaires, une base de données thermodynamiques et des méthodes numériques de calcul, et permet de simuler, de dimensionner et d’optimiser le fonctionnement d’un procédé. Le projet sera choisi parmi un éventail de sujets industriels.

Les pré-requis pour ces cours sont dispensés dans le M2 : Procédés pour l'énergie et Sciences des transferts.

Janvier - Février.

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Experts du CEA.

Le cours va s’intéresser à l’intégration des nouvelles sources d’énergie et aux matériaux multi-fonctionnels avec les principaux éléments suivants : le principe de fonctionnement des générateurs électrochimique, les batteries, les piles à combustibles et le stockage chimique de l’énergie, un focus sur la SOFC ; un point sur les programmes de déploiement et les systèmes hybrides.

Octobre.

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Marie-Laurence Giorgi (CentraleSupélec) Intervenants de l'industrie (Air Liquide, Eramet par exemple).

Ce cours a pour objectif d’apporter les connaissances nécessaires à la conception et à la modélisation des installations rencontrées dans l’industrie des procédés et des matériaux (opérations unitaires et réacteurs). Ces procédés sont soit utilisés dans l’industrie de l’énergie soit grands consommateurs d’énergie. Le cours commence par une description de la thermodynamique des solutions et des équilibres multi-constituants. Il s’intéresse ensuite au génie de la réaction chimique (modèles de réacteurs, notions de cinétique chimique), au dimensionnement d’opérations unitaires (distillation, extraction liquide / liquide, appareils à contact permanent), au modèle de l’étage idéal, à la hauteur et au nombre d’unités de transfert, au bilan énergétique dans un procédé (optimisation, efficacité énergétique). Le cours s’appuie sur de nombreuses études de cas (comme par exemple, le retraitement du combustible nucléaire, la séparation éthanol / eau ou la séparation des gaz de l’air).

Octobre - Novembre.

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Hervé Duval (CentraleSupélec) Marie-Laurence Giorgi (CentraleSupélec) Laurent Soucasse (CentraleSupélec).

Ce cours est constitué de deux parties :
1. Sciences des transferts avancés (24h) : Ce cours propose de modéliser les transferts de quantité de mouvement et d’énergie. Les notions abordées seront les suivantes : Rappels sur les concepts de base de transferts thermiques. Théorèmes de transport. Equations de bilan de masse globale, de quantité de mouvement, et d’énergie. Cas de la convection forcée, de la convection naturelle et de la convection mixte. Couches limites mécanique et thermique (approximations des couches limites, calculs de couches limites par la méthode intégrale). Méthode générale de calcul des transferts radiatifs entre corps opaques à travers un milieu transparent.
2. Méthodologie en transferts thermiques et massiques (16h) : L’objectif de ce module de calcul numérique est l’apprentissage de la méthodologie d’utilisation d’un logiciel de CFD (Computational Fluid Dynamics) commercial et de son utilisation dans le cadre de l’étude des transferts de chaleur et de matière.

Cours de base de Sciences des transferts.

Septembre - Octobre.

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Benoît Noetinger (IFPEN) Jocelyn Barbarand (Université Paris Sud).

La mission de terrain géologique permet de rendre concret les acquis du cours de géosciences, en précisant les méthodes échelles, les outils et concepts de la géologie de terrain interprétés ensuite avec les outils acquis dans le cours magistral.

Cours Géosciences du M2.

Février.

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Jean-Marc Borgard (CEA) Jean-Luc Monsavoir (IFP Energies Nouvelles) Denis Bossanne (IFP Energies Nouvelles).

L’objectif du cours est de présenter les outils nécessaires pour mener une réflexion sur l’optimisation énergétique des procédés, en se fondant en particulier sur une combinaison des bilans de matière, d’énergie et d’exergie. Le cours s’appuiera sur des exemples concrets présentés par des intervenants de l’industrie pour montrer les problématiques d’économie d’énergie et la démarche aboutissant à l’optimisation énergétique d’une unité de production. Ces exemples pourront concerner : l’élaboration des matériaux qui exige souvent de hautes températures et met en jeu des quantités importantes d’énergie ; les procédés pétrochimiques ; les procédés de séparation des gaz de l’air.

Ce cours s'appuiera sur le cours de Procédés pour l'énergie du même M2.

Décembre.

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Jean-Pierre Deflandre (IFP Energies Nouvelles) Eric Tocqué (IFP Energies Nouvelles).

Différentes approches / techniques pédagogiques.

L’objectif de ce cours est d’acquérir une connaissance globale de la chaîne de captage, transport et stockage géologique du CO2 incluant les aspects techniques, économiques et environnementaux. L’accent est aussi mis sur l’acceptabilité sociétale dans le domaine de l’énergie. Le captage et le stockage géologique du CO2 émis par les installations industrielles constituent une des voies principales pour réduire les émissions anthropiques de CO2 et lutter ainsi contre le réchauffement climatique. Le CO2 sera capté dans les fumées issues d’installations industrielles fixes émettant de grandes quantités de CO2 (centrales électriques, cimenteries, sidérurgie, raffineries). Il sera ensuite stocké dans des formations géologiques souterraines. Ce CO2 devra être stocké en toute sécurité pour des durées importantes.
Les points abordés seront : la place des énergies fossiles dans le mix énergétique, aujourd’hui et dans le futur ; le CSC : une des voies pour réduire les émissions de CO2 ; les émissions industrielles de CO2 dans le monde ; les cibles du CSC ; les différentes voies de captage du CO2 (post-combustion, oxy-combustion, précombustion) ; la compression et le transport de CO2 (par pipeline, par bateau) ; le stockage géologique de CO2 ; les risques associés et le monitoring ; la règlementation ; Économie de la chaîne CSC ; information du public et acceptabilité sociétale ; les principaux projets industriels dans le monde et les programmes R&D et les perspectives d’avenir.

Janvier.

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Benoît Goyeau.

Ce cours est une introduction à l’étude des mécanismes de transfert en milieux poreux. Il est composé de deux parties. Après un certain nombre de généralités sur les différents secteurs concernés par cette physique et l’énoncé des principales caractéristiques des milieux poreux, la première partie de cet enseignement concerne l’établissement des équations de conservation macroscopiques à l’aide d’une technique de prise de moyenne volumique. On montre que la fermeture des équations permet la détermination des propriétés effectives de transport du modèle continu équivalent. Les équations macroscopiques étant établies, la deuxième partie de cet enseignement est consacrée à l’étude des transferts convectifs de masse et / ou de chaleur en milieu poreux. Les mécanismes de convection forcée, naturelle, externe ou en cavité sont étudiés. Le déclenchement de l’écoulement convectif en situation horizontale est mis en évidence à l’aide d’une étude de stabilité linéaire. Une introduction à la modélisation des transferts au sein de configurations partiellement poreuses est également abordée.

Cours de Sciences des transferts du M2.

Janvier.

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Ce cours correspond à 30 h d'enseignement en présentiel. Il validera 4 ECTS.

Le cours traitera des énergie nucléaire (12h), énergie fossile (6h) et énergies renouvelables (12h biomasse, éolien, hydraulique, solaire thermique et photovoltaïque).

Septembre.

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Le cours traitera des alternateurs et moteurs triphasés, synchrone et asynchrone et des convertisseurs (onduleurs). Il proposera une démarche de modélisation en régime permanent et en régimes dynamique et transitoire (transformation de Park, analyse harmonique).

Septembre.

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Doctorants, enseignants-chercheurs et chercheurs des laboratoires LGPM, MSSMat et SPMS de CentraleSupélec.

L’objectif de ce module est d’assurer un apprentissage des techniques expérimentales et des méthodes d’analyse ou de caractérisation du génie des procédés ou des matériaux. Chaque sujet durera 18 heures, sera traité en binôme et sera en lien direct avec le travail d’un chercheur, pour illustrer sa démarche méthodologique, de la recherche bibliographique à la conception et à la réalisation des expériences. Les sujets pourront être dans le domaine de l’extraction liquide-liquide, de la distillation, de la fermentation pour la production de biocarburants, de la pile à combustible, de la fragilisation par les métaux liquides ou par l’hydrogène ou de la fatigue thermomécanique.

Mars.

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Le projet de synthèse est un travail effectué en binôme entre la mi-octobre et la fin mars. Le sujet de projet à caractère académique (activité de recherche proposée par un laboratoire) a pour objectif de s’immerger dans un sujet de recherche. L’objectif est de mettre en oeuvre les notions techniques et théoriques acquises pendant l’année pour résoudre un problème concret. Les notions techniques et théoriques peuvent être par exemple les différents modes de transfert de masse et de chaleur, la mécanique des fluides, les écoulements, le génie des procédés, les réacteurs, la science et le génie des matériaux. Les étudiants peuvent développer des outils, analyses théoriques, modélisation, simulations et/ou travaux expérimentaux (en dépassant, le stade de l'analyse documentaire, préalable indispensable mais insuffisant).

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

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Enseignants-chercheurs de CentraleSupélec.

Stage de fin d'études en recherche dans des laboratoires académiques ou industriels ou recherche et développement dans des laboratoires industriels.

Avril - Mai - Juin - Juillet.

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Novembre - Décembre.

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Pierre Millet (Université Paris Sud).

Objectifs de cet enseignement : • Présenter la problématique énergie ; • Faire quelques rappels généraux d’électrochimie (thermodynamique des chaînes galvaniques et cinétique électrochimique) ; • Présenter de manière détaillée la filière hydrogène-énergie (aspects scientifiques et technologiques) ; • Présenter la problématique des carburants de synthèse et la chimie du CO2 ; • Décrire l’état de l’art et les perspectives en matière de procédés photo-électrochimiques
Programme de l’enseignement et concepts abordés: • Cours 1 : problématique énergie & procédés de transformation ; thermodynamique des chaînes galvaniques • Cours 2 : cinétique électrochimique ; procédés de production d’hydrogène • Cours 3 : procédés de purification et de stockage d’hydrogène • Cours 4 : piles à combustible : principe et technologie • Cours 5 : perspectives : carburants de synthèse, procédés photo-électrochimiques.

Février - Mars.

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Intervenants EDF.

La thématique « smart grids », et en particulier les micro-grids, fait beaucoup parler d’elle depuis quelques années et ce cours est conçu pour en indiquer les problématiques et les enjeux pour le système électrique. Les domaines concernés étant très vastes, le cours commencera par un tour d’horizon des objectifs de la thématique. Puis, nous verrons que les réseaux de distribution sont au cœur de ces challenges, avec pour objectif une meilleure automatisation de ces réseaux via des fonctions de conduite avancées. La suite du cours sera dédiée au pilotage de la charge ou gestion de la demande (demand response, demand side management) qui va devenir un levier de plus en plus important pour assurer l’équilibre offre-demande indispensable à la sécurité du système électrique, en particulier lors des pointes de consommation. Après une introduction à la problématique du pilotage de la charge, les usages et les possibilités de pilotage dans les secteurs résidentiel, tertiaire et industriel seront présentés. Enfin la question essentielle du comptage sera traitée, ainsi qu’un aperçu des projets de R&D internationaux et des politiques existantes. Pour terminer, la place des infrastructures télécom sera abordée.

Février.

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