M1 Advanced Materials, Structure and Energy for sustainable construction

• Bases de mécanique des milieux continus solides
• Mathématiques pour la modélisation et la simulation

Introduction des concepts de base de la méthode des éléments finis pour l’analyse des structures :

• Principes de la méthode des EF en statique (maillage, interpolations, notion d’EF, …),
• Éléments 1D,
• Éléments isoparamétriques,
• Principe des quadratures,
• Résolution (direct, itérative) et post-traitement.

Cette UE initie les étudiants aux bases théoriques et pratiques de la méthode des éléments finis appliquée à des problèmes linéaires.

Les principaux objectifs seront donc les suivant :

• Acquérir les bases théoriques et numériques de la MEF appliquée à l’élasticité linéaire,
• Maîtriser les étapes de discrétisation, assemblage et résolution numérique,
• Analyser et interpréter les résultats obtenus.

• M. Bonnet, F. Attilio, C. Rey, The finite element method in solid mechanics, McGraw Hill Education, 2014.
• O.C. Zienkiewicz,, R.L. Taylor, The Finite Element Method (Fifth edition) – Volume 1 : The Basis
• T.J.R.  Hughes, The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis

• Mécanique des Milieux Continus.

Cours :

• Configurations, cinématique des solides déformables et des fluides ; mathématiques pour la Mécanique des Milieux Continus.
• Densités de puissance des efforts intérieurs, milieux continus simples et milieux généralisés.
• Conditions aux limites de types charge morte, pression, force suiveuse. Principe des puissances virtuelles en grandes et moins grandes transformations.
• Prise en compte des transferts, énergie d’échange, milieux continus réactifs.
• Notion de mécanique des défauts, tolérance aux dommages, fissuration.
• Théorie des plaques.

Travaux dirigés :

• Mécanique des Milieux Continus classique.
• Principe des Travaux Virtuels pour les fonctions d’influence.
• Tolérance aux dommages, milieux à gradient.
• Plaques, planchers.

Ce cours vise à approfondir la compréhension des milieux continus au-delà du cadre classique. L'accent est mis sur les milieux non simples (à gradient, réactifs) tridimensionnels et bidimensionnels de types plaques. La mécanique de la fissuration/de la rupture y sera abordée.

• Lemaitre J., Chaboche J.-L., Benallal A., Desmorat R., Mécanique des matériaux solides, Dunod, 3e Edition, 2009, Chapitre 2 « Éléments de mécanique et de thermodynamique des milieux continus », Chapitre 10 « Fissuration».
• Kanninen  M.F., Popelar C.A., Advanced Fracture Mechanics, Clarendon Press-Oxford University Press, New York, N.Y., 1985.
• Mittelstedt C., Theory of plates and shells, Springer, 2023.
• Ringot E., Calcul des ouvrages, Eyrolles, 2017.

• Bases en matériaux
• Notations tensorielles
• Loi de comportement élastique
• Transport de chaleur et de masse par diffusion dans les matériaux

Matériaux à base de liants cimentaires :

• Historique de l'époque romaine jusqu'au matériaux bas carbone
• Fabrication, composition, physico-chimie et microstructure des liants cimentaires
• Formulation de mortiers / bétons  et caractérisation des propriétés à l’état frais et à l’état durci
• Utilisation et leviers pour réduire l'impact environnemental

Durabilité des ouvrages

• Origine, mécanismes physiques et chimiques, conséquences de :
• La corrosion, diffusion des chlorures et carbonatation
• Le Gel/dégel
• Impact de la composition cimentaire sur la durabilité des ouvrages

Homogénéisation des propriétés de transport et mécanique

• Base de l'homogénéisation
• Estimations de Voigt et Reuss
• Le problème d'Eshelby
• Comparaison entre plusieurs approches pour l'estimation du module d'Young et de la conductivité thermique / diffusivité ionique

L'objectif du module est de comprendre les interactions des matériaux cimentaires avec leur environnement : les réactions physico-chimiques, les pathologies du béton, les moyens de réduire l’impact carbone, et de modéliser leurs comportements thermo-hygro-mécaniques.

• Vichot A., Ollivier J.-P. : La durabilité des bétons, Presses des Ponts et Chaussées, 2008.
• Zaoui A. : Matériaux hétérogènes et composites, Ecole Polytechnique, 2000.

Aucun

• Introduction aux rapports du GIEC.
• Introduction au développement soutenable dans la construction.
• Concepts fondamentaux : environnement, société, économie. Enjeux spécifiques au secteur de la construction.
• Comment imaginer des constructions plus résilientes et adaptées aux impacts environnementaux dans un contexte de changement climatique.
• Évaluer/analyser les besoins futurs. Lien avec les activités de recherche en cours sur le sujet.

Les objectifs de cette UE sont :

• Sensibiliser aux enjeux environnementaux et sociaux liés au secteur de la construction.
• Comprendre les principes du développement soutenable appliqués à la construction, incluant la réduction des impacts et les aspects aménagement du territoire.
• Appliquer une démarche holistique combinant aspects techniques, économiques et sociaux pour des projets de construction plus durables.

• Rapports du GIEC
• B. Zuindeau, Développement durable et territoire, Presses universitaires du Septentrion, 2018

Maîtrise des équations aux dérivées partielles

•  Equations bilan
• Tenseur des taux de déformations et des contraintes
• Equation de Navier-Stockes et techniques de résolution
• Analyse dimensionnelle et similitude
• Régimes inertiels et visqueux
• Introduction aux couches limites

Maitriser les bases tensorielles de la mécanique des fluides et de résolution de l'équation de Navier-Stockes

7 cours magistraux et 8 TD

E. Guyon, J.-P. Hulin et L. Petit, Hydrodynamique physique (EDP Sciences, Collection Savoirs Actuels, 3ème édition, 2012)

•    Cours d'analyse numérique de licence de mécanique ou UE équivalentes (introduction sur les équations aux dérivées partielles, formulation variationnelle, théorème de Lax-Milgram…).
•    Cours de méthodes numériques de licence de mécanique ou UE équivalentes (résolution des systèmes linéaires, méthodes directes, méthodes itératives…).
•    Notions de programmation.

Chapitre 1 : Rappels sur les équations aux dérivées partielles, notion de recherche de solution numérique
    •    Définition et origine des EDP en physique et mécanique des milieux continus.
    •    Classification des EDP : elliptiques, paraboliques, hyperboliques.
    •    Conditions aux limites et conditions initiales : rôle et typologie (Dirichlet, Neumann, mixte).
    •    Notion de solution exacte vs solution numérique.
    •    Introduction à la discrétisation et à la nécessité des méthodes numériques pour les problèmes complexes.
    •    Présentation des critères d’évaluation des schémas numériques : consistance, stabilité, convergence.

Chapitre 2 : Méthode des différences finies
    •    Principe général de la méthode : approximation des dérivées par des différences sur un maillage régulier.
    •    Schémas explicites et implicites pour les EDP temporelles.
    •    Analyse de la consistance et de la stabilité des schémas (ex. critère de Courant-Friedrichs-Lewy pour les équations hyperboliques).
    •    Applications à des problèmes modèles : équation de la chaleur, équation d’onde, équation de Laplace.
    •    Limites et extensions : schémas d’ordre supérieur, maillages non uniformes.

Chapitre 3 : Méthode des éléments finis
    •    Principe de la méthode : formulation variationnelle et approximation des solutions sur des éléments finis.
    •    Construction du maillage et choix des fonctions de forme.
    •    Assemblage des matrices globales et résolution des systèmes linéaires associés.
    •    Analyse de la convergence et de l’erreur des solutions approximatives.
    •    Applications à des problèmes elliptiques et paraboliques simples.
    •    Avantages de la méthode pour les géométries complexes et les conditions aux limites variées.

Chapitre 4 : Méthodes des volumes finis
    •    Principe général : conservation locale des flux sur des volumes de contrôle.
    •    Discrétisation des équations intégrales et passage à des formulations discrètes.
    •    Traitement des termes de convection et diffusion.
    •    Analyse de la stabilité et de la précision des schémas.
    •    Applications à des problèmes de transport, mécanique des fluides et transfert de chaleur.
    •    Comparaison avec les méthodes des différences finies et des éléments finis : avantages et limites.

Ce cours apportera aux étudiantes et aux étudiants les connaissances de base nécessaires pour comprendre et classifier les équations aux dérivées partielles issues de la mécanique des milieux continus, ainsi que pour relier ces modèles physiques à leur formulation mathématique. Il leur permettra de maîtriser les principes fondamentaux des méthodes numériques de résolution, notamment les différences finies, les volumes finis et les éléments finis, et d’analyser la consistance, la stabilité et la convergence des schémas associés. Les étudiantes et étudiants apprendront à mettre en œuvre ces méthodes à travers des simulations numériques de problèmes modèles et à développer un regard critique sur le choix et l’application des méthodes numériques selon la nature du problème et les contraintes de calcul.

Le cours abordera les points suivants :
• Présentation, classification et analyse d'équations aux dérivées partielles modèles, issues de la physique et/ou de la mécanique des milieux continus.
• Introduction des différentes méthodes numériques de résolution des équations aux dérivées partielles et éléments d’analyse pour caractériser ces méthodes (consistance, stabilité, convergence…) : méthode des différences finies, méthode des volumes finis, méthode des éléments finis.

Le cours sera accompagné de travaux dirigés et de séances de TP. Ces dernières seront l’occasion de coder les méthodes numériques introduites pour les simulations numériques de quelques problèmes modèles.

Le cours combine cours magistral et travaux dirigés pour permettre l’acquisition des concepts théoriques et leur mise en pratique. Des séances de travaux pratiques (TP) sont prévues afin de coder et de simuler les méthodes numériques étudiées sur des problèmes modèles. Les étudiants sont encouragés à travailler en petits groupes lors des TP pour favoriser la collaboration et l’échange d’idées.

Voici une liste de compétences que les étudiants développeront dans ce cours :
    •    Identifier et classer les principales équations aux dérivées partielles (elliptiques, paraboliques, hyperboliques) issues de la mécanique des milieux continus ;
    •    Comprendre les principes fondamentaux des méthodes de discrétisation des EDP (différences finies, volumes finis, éléments finis) ;
    •    Mettre en œuvre numériquement ces méthodes pour résoudre des problèmes modèles ;
    •    Analyser la qualité d’un schéma numérique à travers les notions de consistance, stabilité et convergence ;
    •    Évaluer le conditionnement et la précision des systèmes linéaires issus de la discrétisation ;
    •    Programmer et simuler des solutions numériques à l’aide d’outils de calcul scientifique ;
    •    Interpréter et valider les résultats numériques en les confrontant aux solutions analytiques ou physiques attendues ;
    •    Développer une approche critique vis-à-vis du choix des méthodes numériques selon la nature du problème étudié.

•    R. Théodor, Initiation à l'analyse numérique, CNAM cours A, Masson, 1994.
•    A. Quarteroni, Numerical Models For Differential Problems, Springer Verlag, 2012.
•    G. Allaire, Analyse Numérique et Optimisation, Editions de l’Ecole Polyechnique, 2012.
•    Stig Larsson & Vidar Thomée. Partial Differential Equations with Numerical Methods. Springer 2003

• Principe Fondamental de la Dynamique 
• Analyse de Fourier
• Calcul d’énergies

• Analyse de Fourier des chargements et de la réponse des systèmes
• Description énergétique : statique vs dynamique
• Cinématique et réponse dynamique des oscillateurs à un et à plusieurs degrés-de-liberté
• Représentation du problème de mécanique vibratoire par un système discret vs système continu (et lien entre eux)
• Équation du mouvement (Principe Fondamental de la Dynamique, Principe des Travaux Virtuels, Équations de Lagrange)
• Caractéristiques modales pour un oscillateur à un puis à N-degrés-de-liberté non amorti et amorti (pulsation propre, déformées modales, taux d’amortissement)
• Énergie cinétique, énergie de déformation, dissipation visqueuse
• Évaluation de l’amortissement par la méthode du décrément logarithmique
• Méthodes de résolutions directes et dans le domaine des complexes dans le cas d’un régime forcé
• Construction des matrices de masses, de rigidité, et d’amortissement
• Analyse modale analytique: Méthode de résolution d’un problème aux valeurs propres généralisées
• Projection sur base modale (masse modale, rigidité modale, amortissement modale)
• Méthodes d’approximation des pulsations propres par le quotient de Rayleigh, et la méthode de Rayleigh-Ritz (cas discrets et continus)
• Troncature de la base modale
• Matrice d’amortissement (méthode de Rayleigh, de Caughey, et d’O’Kelly)
• Vibration transverses des cordes, vibrations longitudinales des poutres, vibrations de torsion des arbres, vibration de flexion des poutres
• Relation entre vibrations et ondes
• Analyse modale expérimentale et opérationnelle (Modal Assurance Criteria, etc)

• Cette UE introduit les bases de la mécanique vibratoire. Les objectifs de ce module sont : 1) la mise en équation d’un problème de vibration, 2) la simplification du problème de vibrations en l’étude d’un système discret ou continu, 3) le lien entre une description discrète et continue, 4) analyser l’influence des conditions aux limites, de la géométrie et des matériaux sur le comportement vibratoire du système, 5) introduire des méthodes d’approximations efficace des propriétés modales, 6) initier aux techniques de mesures en analyse modale expérimentale et opérationnelle.

• Mead, D. J. (1987). Elements of vibration analysis, leonard meirovitch.McGraw-Hill Book Company, New York. Journal of Sound and Vibration,117
• Meirovitch, L. (2010). Fundamentals of vibrations. Waveland Press.

Niveau B1 minimum en anglais.

Consolidation des acquis lexicaux et grammaticaux dans l’objectif de pouvoir communiquer à propos de ses travaux en anglais.

L’UE d’anglais a pour but de familiariser les étudiant·es avec l’anglais scientifique.

• Mccarthy, M., & Felicity O'dell. (2008). Academic vocabulary in use. Vocabulary reference and practice: self-study and classroom use. Cambridge University Press.
• Blattes, S., Jans, V., & Upjohn, J. (2013). Minimum Competence in Scientific English. EDP Sciences.
• Wallwork, A. (2023). English for Writing Research Papers. Springer.

• Notions de mécanique des milieux en grandes transformations.
• Notion de théorie des plaques.

• Cours 1 : Cadre des grandes transformations, hyper versus hypo élasticité
• Cours 2 : puissance des efforts intérieurs, contraintes, équations d’équilibre, Lagrangien, conditions aux limites
• Cours 3 : Mécanique lagrangienne des milieux continus, forces configurationnelles
• Cours 4 à 6 : Instabilités des structures élancées
  • Notions de stabilité
  • Flambement des poutres et poteaux
  • Voilement des plaques
• Travaux dirigés :
  • Flambement de poutres hyperstatiques
  • Dépouillement expérimental d’un essai de flambement de poteau
• Bureaux d’études :
  • Flambement d’un poteau en Béton Armé
  • Calcul de structures en grandes transformations

• Ce cours décrit comment modéliser le comportement mécanique des milieux déformables et des structures soumis à de grandes transformations (grandes déformations et/ou grands déplacements). Il aborde les notions d’objectivité, d’hyperélasticité, d’incompressibilité. Il s’agit de comprendre la différence entre hyper- et hypo-élasticité, ainsi que les options de calculs associées proposées dans les codes Eléments Finis.
• Le formalisme de la mécanique lagrangienne sera in fine appliqué, introduisant les tenseurs énergie-impulsion (4D) de Noether et des contraintes (3D) de Mandel, de même que la notion de forces configurationnelles.
• Une attention particulière est portée aux instabilités structurelles en Génie Civil. L’objectif est d’illustrer les théories sur l’instabilité et les études de bifurcation sur les structures à géométrie particulière que sont les poutres et les plaques.

• Lemaitre J., Chaboche J.-L., Benallal A., Desmorat R., Mécanique des matériaux solides, Dunod, 3e Edition, 2009, Chapitre 4 « Elasticité, thermo-élasticité et hyper-élasticité ».
• Nguyen Quoc Son, Stabilité des structures élastiques, Mathématiques et Applications 18, Springer-Verlag, 1995.
• Zdenek P. Bazant & Luigi Cedolin, Stability of Structures, The Oxford Engineering Science Series, 1991.

• RDM
• Résistance des matériaux
• PFD
• Problèmes aux valeurs propres généralisés
• Notions d’énergies
• Calcul matriciel (logiciel)

• Éléments de sismologie, de tectonique, et de caractérisation du mouvement sismique
• Mécanismes de ruine et éléments de conception parasismique
• Réponse dynamique des oscillateurs à un et plusieurs degrés-de-liberté
• Spectres de réponses
• Comparaison des méthodes de résolution (linéaire, non-linéaire)

• Donner aux étudiants des notions et les outils de base pour appréhender le risque sismique
• Présenter les principes généraux de calcul dynamique, de conception et de dimensionnement parasismique

• Méthodes numériques pour la résolution des équations aux dérivées partielles
• Mécanique des milieux continue
• Vibration dans les solides

Analyse stratigraphique du patrimoine ancien, numérisation (principe de la photogrammétrie et de la lasergrammétrie), modélisation du comportement de structures anciennes (méthodes continues vs discrètes), méthode de renforcement.

Cet UE a pour objectif de donner les bases de diagnostics du comportement des structures du patrimoines de l’analyse stratigraphique aux stratégies de renforcement en passant par les enjeux de la numérisation du patrimoine, l’exposé de quelques méthodes de modélisations de leur comportement dynamique.

• Limoge, C. (2016). Méthode de diagnostic à grande échelle de la vulnérabilité sismique des Monuments Historiques: Chapelles et églises baroques des hautes vallées de Savoie (Doctoral dissertation, Université Paris Saclay (COmUE)).
• Masonry, ISTE, Ed. Cédric Giry, Arnaud Montabert (in preparation)

• Bases des transferts thermiques (modélisation élémentaire des modes de transfert de la chaleur, modèles 1D en régime permanent et varié, transfert thermique conductif en 2D et 3D, méthode des différences finies)
• Mécanique des fluides (équations de conservation, notion de couche limite)
• Bases de thermodynamique (fonctions d’état, premier principe, deuxième principe)
• Bases en chimie (équation chimique, équilibre chimique, bilan de matière)
• Compétences en programmation : Matlab et/ou Python (boucles, conditions, manipulation de matrices, résolution de système linéaire)
• Comportement thermodynamique de l’air humide, et sa modélisation

• Théorie des ailettes, modélisation des échanges convectifs, théorie des échangeurs.
• Thermodynamique  appliquée à la modélisation des cycles frigorifiques.
• Les développements sont basés sur des cas réels permettant d’en apprécier la structure et les performances dans leur contexte d’usage.…

• Ce module développe les connaissances et compétences nécessaires à la modélisation de tout ou partie des systèmes énergétiques intégrés au bâtiment. 
• À l’issue de cette Ue les étudiants doivent être à l’aise avec les concepts d’échanges superficiels convectifs, ils sont capables de mettre en œuvre et de développer des outils de modélisation pour répondre à une problématique scientifique ou technique. Ils sont capables de mettre en place une démarche d’analyse et de conception de systèmes énergétiques du bâtiment, aboutissant au dimensionnement et la sélection de technologies classiques ou avancées.

• Jean François Sacadura, Transferts Thermiques initiation et approfondissement, Lavoisier Tec&Doc, 2015.

• Bases des transferts thermiques (modélisation élémentaire des modes de transfert de la chaleur, modèles 1D en régime permanent et varié, transfert thermique conductif en 2D et 3D, méthode des différences finies)
• Mécanique des fluides (équation de conservation, notion de couche limite)
• Base de thermodynamique (fonctions d’état, premier principe second principe)
• Compétences en programmation : Matlab et/ou Python (boucles, conditions, manipulation de matrices, résolution de système linéaire)

• Modélisation des échanges radiatifs
• Modélisation thermique dynamique de parois : modèles nodaux, quadripôle thermiques
• Modélisation de parois ventilées : doubles peau, murs solaire thermique, parois pariéto-dynamiques, parois à changement de phase, ...
• Simulation thermique dynamique

Ce module a pour objectif de développer des compétences de modélisation du comportement thermique dynamique d’une enveloppe, afin de mieux appréhender les techniques de modélisation utilisées dans les logiciels de Simulation Thermique Dynamique des bâtiments, dans un contexte de conception d’architecture bioclimatique mettant en œuvre entre autres des parois ventilées.(doubles peau, murs solaire thermique, parois pariéto-dynamiques, parois à changement de phase, ...).

• Jean François Sacadura, Transferts Thermiques initiation et approfondissement, Lavoisier Tec&Doc, 2015.

Bases des transferts thermiques (modélisation élémentaire des modes de transfert de la chaleur, modèles 1D en régime permanent et varié, transfert thermique conductif en 2D et 3D, méthode des différences finies).

• Énergies renouvelables intégrées aux bâtis
• Stockage d’énergie thermique 
• Modélisation et simulation de transferts couplés thermohydriques en milieu poreux
• Modélisation simulation et conception des systèmes de conversion de l’énergie solaire

Ce module a pour objectif de présenter et de développer des compétences de modélisation des systèmes intégrés au bâti permettant l’exploitation d’une énergie renouvelable produite localement à l’échelle d’un bâtiment ou d’un quartier.

• UE « vibrations dans les solides »
• UE « Mécanique des Milieux Continus »
• UE « Mécanique des fluides »

• Mise en place du cadre dynamique – approche Hamiltonienne
• Loi de conservation
• Modélisation vibration vs modélisation ondes – le cas de la barre 1D
• Naissance des ondes acoustiques – onde longitudinale (milieu support solide et fluide)
• Milieu dispersif (relation de dispersion, vitesse de phase et de groupe, dispersion normale et anormale)
• Rappel thermo-mécanique des fluides
• Équation de propagation d’une onde plane dans les fluides
• Linéarisation des équations de l’onde acoustique et loi de comportement
• Coefficient de compressibilité adiabatique
• Ondes dans les solides tridimensionnels
• Vision énergétique de la propagation d’onde
• Réflexion et transmission sur une interface (impédance);
• Phénomène de diffraction
• Guide d’onde à travers le cas du tuyau sonore
• Acoustique linéaire; définition du dB ;
• Résonateurs de Helmholtz et applications;
• Propagation des ondes de surfaces dans les fluides incompressibles : modélisation de l’onde d’un tsunami

Cette UE a pour objectif d'introduire des notions de bases pour décrire le comportement des ondes dans les solides et les fluides.

• Dubois, J., Diament, M., Cogné, J. P., & Mocquet, A. (2016). Géophysique-5e éd.: Cours, étude de cas et exercices corrigés. Dunod.
• A. Chaigne, ‘Ondes acoustiques’, éditions de l’école Polytechnique, 2011.
• E. de Langre, A. Chaigne, ‘Dynamique et vibrations’, éditions de l’école Polytechnique, 2008.
• Notes de cours de L. Pastur, Paris Sud http ://www.masterpam.u-psud.fr/spip.php ?article62
• L. Landau, E. Lifschitz, ‘Fluid Mechanics’, Course of Theoretical Physics, Volume 6, Pergamon
• Press, 2013.

• Mécanique des milieux continus
• Contraintes, déformations
• Elasticité isotrope

• Cours 1 : Formulation énergétique de la thermo-hydro-élasticité, densités d’énergie élastique
• Cours 2 : Milieux à gradient, classes de symétrie de l’élasticité.
• Cours 3 : Visco-plasticité versus visco-elasticité
• Cours 4 : Critères limite d’élasticité des métaux, des sols et des roches
• Cours 5 : Principe du travail plastique maximum de Hill, élasto-(visco-)plasticité de von Mises et de Drucker-Prager
• Travaux dirigés :
  • Anisotropie et homogénéisation
  • Anisotropie et changement de base
  • Critères limites d’élasticité
  • Plasticité 1D, loi de plasticité cyclique, identification des paramètres
  • Fonctions critères anisotropes, normalité

• Aborder la description multiaxiale des comportements thermo-(hydro-)mécaniques des matériaux du Génie Civil à l’échelle mésoscopique de l’élément de volume de la Mécanique des Milieux Continus, en vue de leur utilisation en calcul de structures. 
• Introduire la notion d’écrouissage. Formuler l’élasto-(visco-)plasticité 3D de von Mises (métaux) et de Drucker-Prager (sols, roches) à partir du principe du travail plastique maximum de Hill.

• Lemaitre J., Chaboche J.-L., Benallal A., Desmorat, R., Mécanique des matériaux solides, Dunod, 3e édition, 2009 : chapitre 4 « Elasticité, thermo-élasticité et hyper-élasticité », chapitre 6 « Elasto-plasticité », chapitre 7 « Elasto-visco-plasticité ».

• Bases de résistance des matériaux
• Connaissances des propriétés de mise en œuvre des matériaux du gros œuvre

• Étapes et installation d’un chantier
• Infrastructure
• Superstructure
• Démolition / réhabilitation / reconstruction
• Ouvrage d’art - Reconstruction

• Connaître les principales techniques constructives des ouvrages, et les étapes de la vie d’un ouvrage (avant-projet jusqu’à démolition)
• Réaliser une visite de chantier en autonomie afin de se confronter à la réalisation d’un ouvrage de génie civil

• Didier D., Le Brazidec  M., Nataf P., Thiesset J. Précis de bâtiment - Conception, mise en œuvre, normalisation. AFNOR, 2024
• Pralat, R., Thiesset, J., Didier, D., Le Brazidec, M., Nataf, P., Girard, N., Précis de Chantier, AFNOR, 2023

• Identification paramétrique
• Résolution de systèmes non-linéaires
• Apprentissage (Machine Learning)

• Cours :
  • Optimisation multi-objectif dans un contexte réel d'ingénierie
  • Optimisation sous contraintes
  • Méthodes d’optimisation pour apprentissage profond
  • Pénalisation versus multiplicateurs de Lagrange
  • Optimisation topologique
• Travaux dirigés :
  • Mise en œuvre des approches par multiplicateur / pénalisation
  • Optimisation topologique
• Bureaux d’étude :
  • Réseaux de neurones classiques, mise en œuvre et applications 
  • Réseaux de neurones informés par la physique, mise en œuvre et applications

Les étudiants formuleront le problème mathématique d’optimisation à partir de problèmes d’ingénierie du génie civil (fonction coût à un ou plusieurs objectifs). Les étudiants sauront choisir entre diverses méthodes d’optimisation (multiplicateurs de Lagrange, pénalisation, apprentissage profond…) à partir des performances attendues et des ressources numériques. Les étudiants analyseront de manière critique les résultats obtenus, notamment la sensibilité des solutions par rapport aux données d’entrée.

• Appel W. et Kowalski E., Mathematics for physics and physicists, Princeton University Press, 2007.
• Hastie T., Tibshirani R., Friedman J., The Elements of Statistical Learning, Springer, 2001

• MMC
• Mathématiques (EDP, dérivées, intégrales, calculs matriciels)

• Identification, caractérisation et classification des sols
• États de contraintes dans un sol
• Comportement élasto-plastiques
• Soutènements/Fondations

Fournir les bases fondamentales de la mécanique des sols, en abordant les propriétés physiques et mécaniques des sols, leur comportement sous chargement, ainsi que les principes de modélisation et d’analyse nécessaires à la compréhension et à la conception des ouvrages géotechniques.

• Géotechnique - 2e édition - Exercices et problèmes corrigés de mécanique des sols, avec rappels de cours (Clément Desodt, Philippe Reiffsteck)
• Théorie et pratique de la géotechnique - (Plumelle, Claude)

• Théorie des poutres
• Langage de programmation pour du calcul scientifique (Matlab, Python_numpy)

• Méthodes des déplacements : méthode analytique classique utilisée en mécanique des structures, notamment pour les structures isostatiques et hyperstatiques. Elle repose sur l’écriture des équations d’équilibre en fonction des déplacements inconnus (rotations et translations) des nœuds.
• Analyse limite : consiste à déterminer la capacité portante ultime d’une structure en s’appuyant sur les principes d’équilibre et les critères de résistance des matériaux.
• Bases du dimensionnement en BA : maîtriser les principes fondamentaux de la mécanique des éléments de structure en béton armé (adhérence, fissuration, calcul d’armatures ...).

Ce module présente les principales méthodes d’analyse des structures, en mettant l’accent sur la méthode des déplacements, les fondements de l’analyse limite, ainsi que les principes essentiels du dimensionnement en béton armé.

• Calcul des ouvrages - Résistance des matériaux et fondements du calcul des structures - Erick Ringot (Eyrolles)
• Mécanique des structures ; résistance de matériaux ; IUT, licence, master - Arnaud Delaplace, Fabrice Gatuingt, Fréderic Ragueneau

• Équations d’ondes, relation de dispersion, vitesses de phase et de groupe, énergie
• Réflexion et transmission sur une interface
• Phénomène de diffraction
• Acoustique linéaire ; définition du dB

Équations d’onde, approche énergétique, spectre acoustique, notion de bruit, modélisation du comportement des parois, modélisation du comportement acoustique des salles, absorption acoustique et correction acoustique des salles.

• Ce module développe les connaissances et compétences nécessaires à la modélisation acoustique des salles. 
• Il s’agit en particulier d’établir les concepts et les modèles de l’acoustique des salles en se basant sur les équations de l’acoustique physique linéaire.

• Acoustique des salles et sonorisation : exercices et problèmes résolus J Jouhaneau
• Propagation in porous média modelling sound absorbing material J.F. Allard

• Mécanique des fluides : équation de Navier-Stockes, nombre de Reynolds, coefficients aérodynamiques. Ondes de surface. Couche limite laminaire et turbulente
• Transferts de chaleur (conduction, convection, rayonnement)
• Diffusion particulaire (équations de Fick)

• Modélisation des écoulements d’air dans les bâtiments en ventilation naturelle (approche physique).
• Prédiction des écoulements dans des espaces simples et spécifiques (atrium, entrées/sorties d’air, source de chaleur locale, etc…) par simulations numériques à l’aide d’un code de calcul CFD (Computational Fluid Dynamics).
• Simuler avec un outil CFD.

Dans un contexte de maitrise du confort, de la qualité de l’air, et d’optimisation des systèmes HVAC (heating, ventilation, and air conditioning), cette Ue a pour objectif de développer les concepts de thermoaéraulique  : couplages entre des écoulements fluides et des phénomènes thermiques.

Il s’agit en particulier  et de présenter et d’utiliser les méthodes et outils permettant de modéliser numériquement le comportement thermoaéraulique à l’intérieur des bâtiments.

• BEJAN, A. (2004) Convection heat transfer, Wiley
• TAINE, J., IACONA, E., PETIT, J.P. (2008) Transferts thermiques, Dunod
• AWBI, H.B. (2003) Ventilation of Buildings, Taylor & Francis

• Ondes et acoustique physique

• Introduction à la géologie pour ingénieur
• Éléments de sismologie pour l’imagerie du sous-sol (sismique réflexion vs réfraction)
• Géomagnétisme et prospection électrique
• Méthodes d’imagerie passive

Cette UE a pour objectif de donner des connaissances de bases en géologie structurale afin de sensibiliser aux risques telluriques associés. Plusieurs méthodes de géophysiques appliquées pour la caractérisation et l’imagerie de la subsurface seront également introduit. La précision et la résolution associée à chaque méthode seront investiguées.

• Dubois, J., Diament, M., Cogné, J. P., & Mocquet, A. (2016). Géophysique-5e éd.: Cours, étude de cas et exercices corrigés. Dunod.

• Mécanique des milieux continus
• Mathématiques pour la modélisation et la simulation
• Méthodes numériques (méthode des éléments finis, techniques de résolution de problèmes linéaires et non linéaires)

• Introduction à la formulation variationnelle de problèmes de mécanique linéaire et non linéaire, avec prise en compte des couplages (thermo-mécaniques, poromécaniques, etc)
• Stratégies de résolution pour ces problèmes : méthodes monolithiques, partitionnées, etc.
• Implémentation d’algorithmes de résolution dans un solveur d’équations différentielles fondé sur la méthode des éléments finis (ex. FreeFem++, FEniCS...)
• Mise en œuvre de simulations 2D/3D sur des cas représentatifs issus d’applications industrielles ou scientifiques

Familiariser les étudiants avec les méthodes numériques utilisées pour la résolution de problèmes couplés et multiphysiques en mécanique des solides, en les amenant à passer naturellement de la formulation mathématique à l’implémentation d’algorithmes de résolution, puis à leur application à des cas concrets issus de situations réelles.

• M. Bonnet, A. Frangi, C. Rey, The finite element method in solid mechanics, McGraw Hill Education, 2014.
• O.C. Zienkiewicz,, R.L. Taylor, The Finite Element Method (Fifth edition) – Volume 1 : The Basis

Aucun

• Capteurs du GC
• Calculs d’incertitude
• Cercles de Mohr
• Proposition et mise en œuvre de protocoles expérimentaux

Développer des compétences liées aux expérimentations :

• Mettre en œuvre et/ou proposer des protocoles expérimentaux permettant de répondre à un objectif fixé
• Proposer un système de mesure adapté
• Évaluer la qualité de la mesure et la fiabilité des résultats expérimentaux
• Analyser les résultats d’une expérimentation
• Analyser les écarts, valider une modélisation

• Théorie de l’élasto-plasticité 1D

• Tenseurs en mécaniques des milieux continus : notion de théorie des représentation tensorielles, invariants et covariants de tenseurs, conséquence sur les propriétés attendues de variables internes.
• Application aux symétrie matérielles et la classification de l'élasticité.
• Matériaux fragiles, quasi-fragiles versus ductiles, méthodologie d’implantation numérique pragmatique de lois de comportement non linéaires au sein d’un code Éléments Finis.
• Transition endommagement-rupture, orientation et taille des fissures amorcées.
• Formulation en vitesse des lois de comportement, exemples d’opérateur tangent continu, lien avec le tenseur acoustique.
• Lecture / présentation / discussion d’articles scientifiques.

• Approfondir les outils théoriques, en allant parfois jusqu’au numérique, permettant de modéliser le comportement mécanique des matériaux et structures du Génie Civil. 
• Représenter aux mieux les observations mésoscopiques et macroscopique des géo-matériaux (anisotropie initiale ou induite par le chargement par exemple, phénomènes de localisation, orientation et taille des fissures amorcées).
• Introduire les notions de Mécanique Non Linéaire de la Rupture.
• Le cours est orienté recherche, encourageant lecture et présentation d’articles scientifique dans des revues premier quartile (Q1) reconnues par la section du Conseil National des Universités (CNU) « 60 : Mécanique, génie mécanique, génie civil ».

• Dunne F., and Petrinic N., Introduction to computational plasticity. OUP Oxford, 2005. 
• Lemaitre J., Chaboche J.-L., Benallal A., Desmorat, R., Mécanique des matériaux solides, Dunod, 3e édition, 2009 : chapitre 9 « Instabilités et localisation de la déformation et de l’endommagement ».
• Kanninen  M.F., Popelar C.A., Advanced Fracture Mechanics, Clarendon Press-Oxford University Press, New York, N.Y., 1985.

• Principes de transferts thermo-aérauliques dans le bâtiment
• Notions de performance énergétique des bâtiments, 
• Bases de la réglementation thermique
• Comportement hygrométrique des matériaux et de l’air dans les ambiances intérieures

À l’issue de ce module, les étudiants seront capables de comprendre les enjeux sanitaires, économiques, énergétiques et de confort liés à la qualité de l’air intérieur (QAI), d’identifier les principales sources de pollution et d’expliquer les mécanismes de transport des polluants dans l’air (advection, diffusion, interaction avec les matériaux). Ils sauront utiliser les indices de ventilation (âge de l’air, efficacité, taux de renouvellement), interpréter les données de mesure issues d’un diagnostic QAI, et évaluer les effets de la ventilation sur les occupants, tant du point de vue de la santé que de leur bien-être et de leurs performances cognitives. Ils maîtriseront les principes de fonctionnement des systèmes de ventilation et d’épuration de l’air, seront sensibilisés aux problématiques d’exposition, de confort et de confinement, et apprendront à concilier exigences de qualité sanitaire et performance énergétique. Enfin, ils connaîtront les principaux textes réglementaires et référentiels techniques encadrant la QAI (NF EN 16798-3, RT2020, HQE, étiquetage sanitaire des produits de construction et de décoration) et seront en mesure d’intégrer ces éléments dans une approche globale de conception ou de rénovation de bâtiments.

Présenter une vision sur la prévention et la réduction des sources de pollution, la caractérisation environnementale et sanitaire des produits de construction, le développement de systèmes d’aération performants et compatibles avec des bâtiments haute performance, l’évaluation de la stratégie de ventilation.

• ADEME. Qualité de l'air intérieur en milieux scolaires. Ce rapport présente les résultats du projet DAISY visant à améliorer la qualité de l'air dans les établissements scolaires. Disponible en ligne : https://librairie.ademe.fr/air-et-bruit/6339-qualite-de-l-air-interieur-en-milieux-scolaires.html   
• Observatoire de la Qualité de l'Air Intérieur (OQAI). Rapport ESMS - Qualité de l'air intérieur dans les établissements sanitaires et médicosociaux. Ce rapport, publié en juillet 2023, présente les résultats de la campagne nationale sur la qualité de l'air intérieur dans les établissements sanitaires et médicosociaux. Disponible en ligne : https://www.oqai.fr/fr/actualites/campagne-nationale-esms-le-rapport-final-est-disponible   
• Institut Français pour la Performance du Bâtiment (IFPEB). L'impact de la qualité de l'air intérieur sur la valeur immobilière. Ce rapport de mai 2023 explore le lien entre la qualité de l'air intérieur et la valeur des biens immobiliers. Disponible en ligne : https://www.ifpeb.fr/wp-content/uploads/2023/05/230517_Hub-Vibeo_Rapport-etude-QAI.pdf 
• Ministère de la Transition Écologique. Qualité de l'air intérieur. Cette page, mise à jour en 2021, présente les actions prioritaires du 4ᵉ Plan National Santé Environnement pour améliorer la qualité de l'air intérieur. Disponible en ligne : https://www.ecologie.gouv.fr/pante-national-sante-environnement 
• Ministère des Solidarités et de la Santé. Qualité de l'air intérieur : comment agir ? Recommandations. Cette page, mise à jour en 2021, fournit des recommandations pour améliorer la qualité de l'air intérieur dans les bâtiments. Disponible en ligne : https://sante.gouv.fr/sante-et-environnement/batiments/article/qualite-de-l-air-interieur-comment-agir-recommandations

• Théorie des probabilités

• Bases de théorie de l’information : incertitudes épistémiques et aléatoires
• Calcul probabiliste par méthode de Monte-Carlo
• Probabilités et probabilités imprécises (boîte de probabilité), logique floue, théorie d’appartenance
• Description des variabilités spatiales et/ou temporelle par expansion de Karhunen-Loève
• Échantillonnage efficace pour la construction d’une surface de réponse
• Approche paramétrique avec multi-modèle et/ou multi-fidélité

• La plupart des systèmes en génie civil et environnement fonctionnent avec des aléas attendus. Notamment, il est courant d’être confronté à une ignorance ou une méconnaissance de l’état initial du système et/ou du chargement appliqué.
• Les étudiants décrivent les sources d’aléas, notamment leur dépendance en temps et en espace. Ils effectuent des études paramétriques efficaces avec un échantillonnage maitrisé. Les étudiants sont sensibilisés à l’importance de la modélisation robuste des systèmes à ces aléas. Ils apprennent à combiner les modèles pour représenter un système en génie civil dans divers régimes de fonctionnement.

• Elements of Information Theory, T.M. Cover, J.A. Thomas, Wiley & Sons

• Modules de l’année de M1 et/ou modules suivis dans les années précédant le M1

• Dépend du sujet du stage

• Réaliser un stage en entreprise, en laboratoire universitaire ou en R&D pour une durée minimale de 12 semaines.
• Réaliser un travail scientifique ou technologique dans le domaine du Génie Civil.

• Dépend du sujet du stage