LDD3 Sciences pour l'ingénieur

A la fin du cours, les étudiants auront acquis une méthodologie de résolution des problèmes d'optimisation leur permettant de poser les problèmes, de choisir la méthode de résolution, de les résoudre et d'en exploiter les résultats. Ce cours sera illustré par des exemples pratiques.

Le cours d'identification paramétrique et optimisation a pour objectif de donner à l'étudiant une formation dans le domaine de l'ingénierie assistée par ordinateur lui permettant d'aborder les différents problèmes de modélisation qui se posent lorsque l'on désire analyser ou optimiser les performances d'un système.

Responsable : Javier OJEDA

Semestre 2

Eric Walter : "Méthodes numériques et optimisation : un guide du consommateur"

Thèmes des séances de cours :

• Structure de modèles et propriétés structurelles
• Méthode des moindres carrés pour les systèmes linéaires en paramètres
• Méthodes d'optimisation sans contraintes
• Calcul du gradient, méthodes avec contraintes
• Estimation ensembliste
• Introduction à la planification d'expérience

À l'issue du module, l'étudiant sera capable de choisir et d'appliquer un modèle judicieux afin de poser un problème de mécanique complexe et le résoudre en vue d'en obtenir les quantités d'intéret souhaitées.

La résolution d'un problème d'élasticité linéaire en Mécanique des Milieux Continus (MMC) sur une structure solide est réalisable analytiquement pour des configurations relativement simples. Dès lors que la géométrie de la structure et le chargement appliqué sortent des cas de symétrie habituels, la solution exacte n'est plus si évidente à déterminer et cela implique de rechercher des solutions approchées. L'objectif de ce module est d'offrir à l'étudiant·e différentes techniques pour simplifier la résolution d'un problème MMC complexe. Ceci se traduit par l'introduction de modèles simplifiés comme le modèle poutre et/ou l'utilisation de méthodes simplifiées de résolution comme les méthodes énergétiques.

Responsable : Yoann GUILHEM

Mécanique des milieux continus. Tenseur de déformation et contraintes, Relations de comportement élastique.

Semestre 2

Jean Garrigues. Statique des poutres e´lastiques, 1999. URL http://jean.garrigues.perso.centrale-marseille.fr/File/poutre.pdf. Jean Salenc¸on. Me´canique des Milieux Continus – Tome 2, volume 2. E´cole Polytechnique, 2007. Thermoe´lasticite´. Jean Salenc¸on. Me´canique des Milieux Continus – Tome 3, volume 3. E´cole Polytechnique, 2016. Milieux Curvilignes. Serge Laroze. Me´canique des Structures, volume 2. Cepadue`s, 2010.

Thèmes des séances de cours :

• Rappels sur les torseurs et introduction au modèle poutre
• Statique et cinématique des poutres
• Lois de comportement des poutres et traitement d'un problème complet
• Méthodes énergétiques en élasticité linéaire dans le cadre de la MMC 3D puis application au modèle poutre
• Introduction à la méthode des éléments finis sur la base d'un problème de type treillis

Les notions abordées en cours et TD seront illustrées par 2 séances de TP permettant :

• d'analyser un système solide à l'aide de modèles MMC et poutre
• de mettre en pratique les outils de simulation numérique
• d'effectuer des mesures expérimentales pour y confronter les résultats analytiques et numériques
• d'étudier les domaines de validité d'un modèle poutre

L'objectif du module est de maîtriser le modèle mathématique permettant de modéliser le comportement de fluides en analysant ses domaines de validités et les simplifications possibles. Il est ainsi possible d'établir un modèle optimal permettant d'obtenir un bon compromis complexité/solvabilité, simplification/précision et modularité/flexibilité.

La modélisation des fluides permet de traiter de nombreux domaines allant de l'aérodynamisme aux interactions fluide-structure en passant par l'énergie et l'aéraulique dans les bâtiment.

Responsable : Rodrigue Desmorat

Mécanique des fluides élémentaires des fluides incompressibles, lois de conservation, équations de Bernouilli et Navier Stokes. Opérateur différentiels, gradient divergence et rotationnel.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• rappels succincts des lois de conservation ;
• écoulements à bas Reynolds ;
• éléments d'analyse adimensionnelle ;
• fluides parfaits (Euler, écoulements potentiels, Bernoulli) ;
• fluides réels (couches limites, instabilités) ;
• conditions aux limites et interactions ;
• écoulements compressibles.

L'objectif du module est de permettre à l'étudiant d'analyser diverses modélisations pour élaborer des solutions techniques adaptées à un contexte d'exploitation sous contraintes multiples :

• analyse des fonctionnalités d'un ouvrage et de ses composants ;
• garantir la stabilité structurelle et la sécurité ;
• définir et justifier les conditions d'utilisation pérennes.

Décrypter le réel en termes fonctionnels : stabilité, sécurité, confort. Des infrastructures à l'habitat, il est essentiel d'analyser la démarche de conception dans les différents domaines du Génie Civil en vu d'établir une adéquation optimale entre "objets" analysés et conditions à satisfaire dans un environnement donné.

Responsable : Xavier Jourdain

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• analyse exploratoire du Génie Civil, de l'existant au futur ;
• décryptage du projet de l'ENS Paris-Saclay
• matériaux employés en Génie Civil
• langages de "traduction graphique" de la maquette numérique aux représentations "métiers" ;
• transmission des actions pour les structures ;
• caractérisation de la portance d'un sol et des systèmes de fondations ;
• analyse des ouvrages de franchissement.

  Ce module est également l'occasion de tester ses talents de pédagogue en présentant une synthèse sur un sujet lié au génie civil. Les thèmes abordés peuvent traiter des enjeux sociétaux, historiques et technologiques.

L'objectif du module est :

• d'appréhender les grands principes de l'éco-conception d'un bâtiment, dans un cadre de démarche d'éco-construction durable ;
• de mettre en pratique ces principes dans le cadre d'un bureau d'étude sous la tutelle d'un professionnel.

La société actuelle est appelée à une démarche énergétique efficace, économe et raisonnée dans le bâtiment (40% des consommations d'énergie sont en effet associées à ce secteur). Ainsi, la réglementation actuelle impose pour toute nouvelle construction une consommation maximale de 50 kWh/m2/an. Cet objectif ne peut être atteint qu'en adoptant une démarche de conception bioclimatique des bâtiments.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Définition des besoins de l'habitat

  Confort hygrothermique des occupants Calcul du bilan thermique de l'habitat

• Démarches de conception bioclimatique

  Stratégies d'implantation Stratégies structurales

• Éco-construction

  Éco-matériaux Analyse de Cycle de Vie

Les objectifs du module sont d'acquérir les compétences en ingénierie des structures en acier qui permettront d'aborder des projets de construction, c'est-à-dire en particulier de :

• concevoir une structur e répondant à un parti architectural ainsi qu'à des contraintes environnementales ;
• définir les hypothèses qui conduiront au choix d'une méthode d'analyse appropriée ;
• dimensionner les composants à partir de critères de déformation, résistance, stabilité, durabilité et impact sur l'environnement.

Les structures en acier font parties intégrantes d'une large palette de construction : Bâtiment de la maison individuelle aux immeubles de bureaux en passant par les gares et stades, passerelles, ponts ... Leur utilisation nécessite des méthodes de calculs et dimensionnement particulières ainsi que la connaissances des codes et normes les dirigeant.

Semestre 2

Structures métalliques - Ouvrages simples – Ed. Eyrolles / ConstruirAcier Construire en acier / Schulitz, Sobek, Habermann – Ed. Presses polytech. et univ. romandes Calcul des structures métalliques selon l’Eurocode 3 / J. Morel – Ed. Eyrolles. Traité de génie civil – Ed. Presses polytechniques et universitaires romandes : volumes 10 à 12. Manuel de construction métallique à l’usage des étudiants – Ed. Eyrolles / APK. Steel designer’s manual – Ed. SCI Ascot, UK.

Thèmes des séances de cours :

• du matériau aux structures : élaboration et transformation de l'acier ; produits sidérurgiques ;
• performances et caractéristiques des aciers destinés aux structures de bâtiments et d'ouvrages de génie civil ;
• bases du design, combinaisons d'actions, caractérisation des états limites de la construction, approche probabiliste des phénomènes en vue de garantir l'aptitude au service des structures, et la sécurité pour l'environnement ;
• méthodes d'analyse des structures, du 1er au second ordre ; de l'élasticité à la plasticité ; prise en compte des imperfections structurelles ;
• critères de résistance et stabilité locale des sections d'éléments structuraux, sous sollicitations diverses ; effets d'interaction ;
• justifications de résistance et de stabilité des éléments structuraux selon diverses conditions aux limites ;
• R&D dans les domaines des process, des produits, des traitements ; enjeux environnementaux.

Deux séances de BE, sous la forme de "simulations numériques", doivent permettre d'exploiter divers modes d'analyse de structures.   Deux séances de TP permettront de confronter au réel les modèles vus en cours.

L'objectif du module est de comprendre les bases de calculs d'éléments en béton armé (BA) :

• analyse de la transmission des efforts dans les structures BA ;
• modélisation du comportement des matériaux acier et béton ainsi que leur adhérence ;
• dimensionnement de certains éléments structuraux (poteaux, poutres, etc.) ;
• vérification des critères limites (flèche, fissuration, résistance, etc.).

Matériaux utilisés en Génie Civil et méthodologie de calcul pour les structures en Béton Armé. En France, environ 500 millions de tonnes de béton sont produits chaque année. Malgré ce plébiscite en grande partie dû au choix des architectes, le grand public le voit souvent comme un produit peu attractif et rebutant. C'est pourtant un matériau dont la formulation, l'évolution des propriétés dans le temps ou encore l'utilisation avec des armatures de tous types en font un sujet d'étude passionnant !

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• les matériaux du Génie Civil :

  historique, exploitation, formulation et utilisation ;

• dimensionnement d'éléments classiques en béton armé ;
• vérification suivant la méthode des états limites.

Ce module est illustré par deux séances de TP où les étudiants fabriqueront une poutre de plus de 3 m (cage de ferraillage, coulage du béton) qu'ils testeront jusqu'à la rupture 28 jours plus tard pour valider les méthodes de calculs étudiées en cours et travaux dirigés.

L'objectif du module est d'appréhender les modèles (phénoménologiques, théoriques, ...) ainsi que leurs limitations.

Les phénomènes d'interactions mécaniques, de transferts et d'écoulements sont incontournables dans les domaines de l'ingénierie et du génie civil. Les bâtiments, les enceintes et les sols sont le siège de transferts de quantité de mouvement, de matières d'énergie et de masse. Ces interactions se produisent à diverses échelles spatiales et temporelles.La méconnaissance géométrique de la microstructure et de la macrostructure en est l'une des limitations de ce domaine.

Par ailleurs, les modèles macroscopiques continus cessent d'être valides aux petites échelles et nécessitent donc des adaptations à des échelles intermédiaires (mésoscopiques).Le fort couplage des divers phénomènes physiques mis en jeu, la continuité des échelles spatiales ainsi que les non linéarités équationnelles font que la modélisation la prédiction et la maitrise des comportements constituent encore un vrai défi.

L'établissement des modèles (phéoménologiques, théoriques...) ainsi que leurs limitations formeront le socle de ce module. Des domaines applicatis variés couvriront les écoulements et transferts en milieux poreux ou fracturés (énergie, pollution) et offriront des ouvertures sur les problèmes thermo-hydro-mécaniques.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• phénomènes physiques et lois de conservations ;
• propriétés, caractérisation de matériaux hétérogènes ;
• modèles de transferts en géométries complexes (caractérisation, transferts, pollution/dépollution) ;
• écoulements en géométries complexes (modèles, injection, stabilisation) ;
• couplages thermo-hydro-mécaniques (géothermie, surchauffe, gel/dégel... ) ;
• techniques de caractérisation et application.

A la fin du cours, les étudiants auront acquis une méthodologie de résolution des problèmes d'optimisation leur permettant de poser les problèmes, de choisir la méthode de résolution, de les résoudre et d'en exploiter les résultats. Ce cours sera illustré par des exemples pratiques.

Le cours d'identification paramétrique et optimisation a pour objectif de donner à l'étudiant une formation dans le domaine de l'ingénierie assistée par ordinateur lui permettant d'aborder les différents problèmes de modélisation qui se posent lorsque l'on désire analyser ou optimiser les performances d'un système.

Responsable : Javier OJEDA

Semestre 2

Eric Walter : "Méthodes numériques et optimisation : un guide du consommateur"

Thèmes des séances de cours :

• Structure de modèles et propriétés structurelles
• Méthode des moindres carrés pour les systèmes linéaires en paramètres
• Méthodes d'optimisation sans contraintes
• Calcul du gradient, méthodes avec contraintes
• Estimation ensembliste
• Introduction à la planification d'expérience

La physique statistique a pour but d'expliquer le comportement et l'évolution de systèmes physiques comportant un grand nombre de particules (on parle de systèmes macroscopiques), à partir des propriétés individuelles de leurs constituants microscopiques (atomes, molécules, photons, particules, etc.). C'est en particulier une clé pour comprendre les fondements de la thermodynamique. Nombre de propriétés mécaniques, thermiques, électriques et magnétiques des matériaux ne peuvent s'expliquer sans avoir recours à la physique statistique. Deux approches différentes seront utilisées suivant la nature classique ou quantique des propriétés des particules constituant un système. On parlera alors de « statistiques classiques » (première partie du cours) ou de « statistiques quantiques » (seconde partie du cours).

Responsable : Olivier Allix

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Statistiques classiques.

  Systèmes micro-canoniques et canoniques. Entropie et probabilité. Application à la théorie cinétique des gaz.

• Statistiques quantiques.

  Système grand-canonique. Système de fermions : statistiques de Fermi-Dirac. Système de Bosons : statistiques de Bose-Einstein. Applications : corps noir, paramagnétisme de Pauli, phénomènes de fluctuation-dissipation.

À la fin de cet enseignement, l’étudiant devra connaître les éléments de théorie des probabilités et de traitement statistique de l’information. Il devra être capable de proposer des modèles probabilistes pour le traitement de données issus de problèmes réels rencontrés en sciences de l’ingénieur et de discuter de leur validité.

La description de nombreux phénomènes est facilitée par l'utilisation de concepts et de modèles probabilistes. Cette UE donne les notions de base de la théorie des probabilités ainsi que des méthodes standards de traitement statistique de données. Ce cours est illustré par de nombreux exemples.

Responsable : Thomas Rodet

Semestre 2

Thème des séances de cours :

• Probabilité discrète
• Probabilités continues
• Probabilité et approximation
• probabilité et théorie de la mesure

Conception des systèmes numériques à l'aide du langage VHDL Les circuits numériques sont omniprésents dans notre quotidien. Ce module aborde les bases de la conception des systèmes numériques non programmés combinatoires et séquentiels. Les applications sont réalisées sur cartes BASYS en VHDL.

Il est rare aujourd'hui qu'un objet technique pluridisciplinaire ne comporte pas des parties d'électronique numériques pour la gestion des processus, le traitement des données et l'interface utilisateur. Ce module aborde la conception des parties câblées de ces systèmes. L'enseignement est réparti en cours, TD, et TP sur cartes FPGA BASYS associées au logiciel Xilinx ISE.

Semestre 2

Les cours et TD abordent les thèmes de base des systèmes numériques :

• algèbre de Boole
• numération et codage
• systèmes combinatoires : définition, méthodes de simplification et de synthèse, principaux composants
• systèmes séquentiels simples : bascules, compteurs, registres, synthèse de compteurs quelconques, compteurs en anneau, compteurs Johnson
• machines à états de Moore et de Maely

Les séances de travaux pratiques illustrent les concepts et méthodes vus en cours et TD à travers une série de TP qui se termine par un mini projet à orientation ludique dans lequel les étudiants peuvent exprimer leur créativité et s'approprier le langage de description (VHDL) et le matériel mis à leur disposition.

Les objectifs du module sont :

• Appréhender le fonctionnement physique des principaux composants électroniques à base de semi-conducteurs
• Etablir et savoir utiliser des modèles de ces composants
• Savoir analyser et concevoir des circuits électroniques simples à partir de ces composants

Ces dernières années, une multiplication des fonctions électroniques (analogiques et numériques) s'est produite dans les équipements des domaines des télécommunications, traitement de l'information, conversion d'énergie, transports, ... Dans ce module les composants élémentaires permettant la conception de ces équipements seront étudiés. L'approche choisie associe l'analyse de l'existant et la conception, et ira du composant à la fonction.

Semestre 2

Le déroulement du cours sera le suivant :

• Physique des semi-conducteurs : Dopage, jonction PN, transistors bipolaires et à effet de champ, ...
• Interactions semi-conducteurs / lumière : Analyse des principaux composants optoélectroniques, ...
• Modèles équivalents: Caractéristiques des composants, modèles petits signaux, ...
• Fonctions principales de l'électronique: Analyse et conception des circuits électroniques, applications, ...

Génération et conversion de l'énergie électrique : du composant au circuit de puissance.   Les objectifs de ce module sont d'aborder les principes et les outils de base pour la conversion de l'énergie. Nous étudierons les lois et circuits électriques, les lois et circuits électromagnétiques, la conversion électromécanique et enfin l'électronique de puissance.

Semestre 2

Electromécanique : Principes physiques, principaux convertisseurs, principales applicationsB. Dehez, D. Grenier, F. Labrique, E. MatagneMachines électriques

Machines électriques tournantes : Conception, dimensionnement, fonctionnement B. Laporte

Machines électriques : Théorie et mise en oeuvre P. Barret

Alimentation à découpage, convertisseurs à résonance : Principes, composants, modélisation JP. Ferrieux, F. Forest

Les convertisseurs de l'électronique de puissance. Volume 1. La conversion alternatif-continu G. Seguier

Electrotechnique industrielle G. Seguier, F. Notelet

Le réseau électrique dans son intégralité P. Schavemaker, L. Van der Sluis, E. Hoang

Thèmes des séances de cours :

• Lois et circuits électriques :

  Systèmes monophasés et polyphasés. Puissances. Tensions simples et tensions composées. Couplages des récepteurs triphasés. Mesure de la puissance.

• Lois et circuits électromagnétiques :

  Champs, induction et flux magnétiques. Réluctance, Loi d'Hopkinson. Auto-inductance et mutuelle inductance. Energie magnétique. Circuits à aimants permanents.

• Circuits statiques : Les transformateurs.

  Principe : transformateur sans pertes. Transformateur avec pertes (transformateurs réels). Essais : détermination des paramètres, rendement d'un transformateur.

• Conversion électromécanique :

  Généralités sur les machines électriques. Machines à courant continu.

• ENPU :

  Introduction à l'ENPU. Hacheurs dévolteurs. Alimentations à découpage.

Caractérisation fréquentielle des systèmes analogiques linéaires invariants   L'objectif de ce module est, dans un premier temps, de compléter la représentation des signaux déterministes et donner les notions de base sur la représentation des systèmes analogiques. Dans un second temps, on s'intéressera à la commande à temps continu en boucle fermée des systèmes monovariables, linéaires et invariants. Différentes méthodes de synthèse et d'analyse des correcteurs seront présentées.

Semestre 2

1- Introduction

• Principe et but de l'automatique
• Notions d'asservissement et de régulation

2- Représentation des systèmes analogiques, monovariables, linéaires et invariants

• Réponse impulsionnelle, fonction de transfert et réponse en fréquence
• Schémas blocs et manipulation
• Causalité
• Stabilité
• Systèmes fondamentaux du 1er et 2e ordre
• Modélisation des systèmes

3- Systèmes en boucle fermée

• Passage boucle ouverte - boucle fermée
• Stabilité, précision et rapidité
• Synthèse de correcteurs
• Actions particulières : Prédicteur de Smith, anti-windup, ...

Propriétés diélectriques et magnétiques de la matière pour applications aux ondes électromagnétiques guidées et aux propriétés magnétiques microscopiques de la matière.

Semestre 2

Dans ce module, le magnétisme sera abordé d'un point de vue fondamental, de ses origines à l'échelle subatomique (spins et moments orbitaux des électrons), jusqu'aux effets macroscopiques utiles en ingénierie, en passant par les structures magnétiques mésoscopiques (magnétostatique appliquée à la structure en domaines et à la structure de paroi de domaines). Finalement, cette vision multi-échelle permet d'appréhender de façon globale le fonctionnement des matériaux magnétiques.

Les propriétés d'électriques de la matière sont introduites à l'occasion de l'étude de la propagation guidée des ondes électromagnétiques. Cela concerne les ondes de type "radiofréquences" avec des guides métalliques (exemple des radars) ou les ondes optiques avec les guides dits diélectriques (exemple des fibres optiques). La notion fondamentale de mode est donc mise en évidence, conduisant aux effets de dispersion intermodale, et donc en particulier aux limites en taux de transmission. Cette partie ouvre la porte au monde des communications guidées longue distance mais aussi à celui des composants photoniques et opto-microondes, avec des champs d'application dans le domaine des capteurs, du traitement du signal.

A la fin du cours, les étudiants auront acquis une méthodologie de résolution des problèmes d'optimisation leur permettant de poser les problèmes, de choisir la méthode de résolution, de les résoudre et d'en exploiter les résultats. Ce cours sera illustré par des exemples pratiques.

Le cours d'identification paramétrique et optimisation a pour objectif de donner à l'étudiant une formation dans le domaine de l'ingénierie assistée par ordinateur lui permettant d'aborder les différents problèmes de modélisation qui se posent lorsque l'on désire analyser ou optimiser les performances d'un système.

Responsable : Javier OJEDA

Semestre 2

Eric Walter : "Méthodes numériques et optimisation : un guide du consommateur"

Thèmes des séances de cours :

• Structure de modèles et propriétés structurelles
• Méthode des moindres carrés pour les systèmes linéaires en paramètres
• Méthodes d'optimisation sans contraintes
• Calcul du gradient, méthodes avec contraintes
• Estimation ensembliste
• Introduction à la planification d'expérience

À l'issue du module, l'étudiant sera capable de choisir et d'appliquer un modèle judicieux afin de poser un problème de mécanique complexe et le résoudre en vue d'en obtenir les quantités d'intéret souhaitées.

La résolution d'un problème d'élasticité linéaire en Mécanique des Milieux Continus (MMC) sur une structure solide est réalisable analytiquement pour des configurations relativement simples. Dès lors que la géométrie de la structure et le chargement appliqué sortent des cas de symétrie habituels, la solution exacte n'est plus si évidente à déterminer et cela implique de rechercher des solutions approchées. L'objectif de ce module est d'offrir à l'étudiant·e différentes techniques pour simplifier la résolution d'un problème MMC complexe. Ceci se traduit par l'introduction de modèles simplifiés comme le modèle poutre et/ou l'utilisation de méthodes simplifiées de résolution comme les méthodes énergétiques.

Responsable : Yoann GUILHEM

Mécanique des milieux continus. Tenseur de déformation et contraintes, Relations de comportement élastique.

Semestre 2

Jean Garrigues. Statique des poutres e´lastiques, 1999. URL http://jean.garrigues.perso.centrale-marseille.fr/File/poutre.pdf. Jean Salenc¸on. Me´canique des Milieux Continus – Tome 2, volume 2. E´cole Polytechnique, 2007. Thermoe´lasticite´. Jean Salenc¸on. Me´canique des Milieux Continus – Tome 3, volume 3. E´cole Polytechnique, 2016. Milieux Curvilignes. Serge Laroze. Me´canique des Structures, volume 2. Cepadue`s, 2010.

Thèmes des séances de cours :

• Rappels sur les torseurs et introduction au modèle poutre
• Statique et cinématique des poutres
• Lois de comportement des poutres et traitement d'un problème complet
• Méthodes énergétiques en élasticité linéaire dans le cadre de la MMC 3D puis application au modèle poutre
• Introduction à la méthode des éléments finis sur la base d'un problème de type treillis

Les notions abordées en cours et TD seront illustrées par 2 séances de TP permettant :

• d'analyser un système solide à l'aide de modèles MMC et poutre
• de mettre en pratique les outils de simulation numérique
• d'effectuer des mesures expérimentales pour y confronter les résultats analytiques et numériques
• d'étudier les domaines de validité d'un modèle poutre

L'objectif du module est de maîtriser le modèle mathématique permettant de modéliser le comportement de fluides en analysant ses domaines de validités et les simplifications possibles. Il est ainsi possible d'établir un modèle optimal permettant d'obtenir un bon compromis complexité/solvabilité, simplification/précision et modularité/flexibilité.

La modélisation des fluides permet de traiter de nombreux domaines allant de l'aérodynamisme aux interactions fluide-structure en passant par l'énergie et l'aéraulique dans les bâtiment.

Responsable : Rodrigue Desmorat

Mécanique des fluides élémentaires des fluides incompressibles, lois de conservation, équations de Bernouilli et Navier Stokes. Opérateur différentiels, gradient divergence et rotationnel.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• rappels succincts des lois de conservation ;
• écoulements à bas Reynolds ;
• éléments d'analyse adimensionnelle ;
• fluides parfaits (Euler, écoulements potentiels, Bernoulli) ;
• fluides réels (couches limites, instabilités) ;
• conditions aux limites et interactions ;
• écoulements compressibles.

Etre capable de construire la maquette nume´rique d’un volume repre´sentant une pie`ce me´canique de complexite´ raisonnable Etre capable de construire des e´le´ments surfaciques, filaires par des ope´rations simples ? Etre capable de parame´trer une pie`ce pour rendre la maquette nume´rique e´volutive aise´ment, et robuste aux modifications Etre capable de positionner des pie`ces entre elles dans un assemblage pour obtenir un syste`me me´canique complet Etre capable de re´aliser une e´tude cine´matique sur un assemblage Etre capable de re´aliser et post-traiter des calculs de pre´-dimensionnement, en statique sur une pie`ce ou un assemblage de pie`ce

CATIA est un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) comportant de nombreux ateliers permettant des travaux de la modélisation 3D aux calculs de cinématiques et à la résolution de problèmes aux Éléments Finis. Cet outil, par ailleurs très utilisé dans le monde industriel, pourra servir aux étudiants dans divers travaux (projets, TP) de leur cursus. Afin de permettre aux étudiants de se former à leur rythme et s'adapter à leurs besoin ce module permet via des travaux guidés de se former aux ateliers essentiels.

Semestre 2

Formation à l'atelier Part-Design   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable de proposer et construire dans CATIA V5 une suite d'opérations élémentaires (extrusions, révolutions, etc) basées sur des esquisses correctement contraintes, afin de représenter un volume simple imposé, par exemple, via un plan de définition.

Durée approximative :

4 heures, exercices inclus

Formation à l'atelier Generative Shape Design   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable de proposer et mettre en oeuvre une stratégie permettant de construire quelques éléments filaires et surfaciques (plan, droites, points, cercles, surfaces simples).

Durée approximative :

3,5 heures, exercices inclus

Formation à l'usage des paramètres et formules   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable de définir des paramètres de conception et de les utiliser dans la construction d'une pièce via des formules afin de rendre la CAO robuste à des modifications éventuelles.

Durée approximative :

1 heure, sans les exercices

Formation à l'atelier Assembly-Design   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable d'assembler des pièces existantes via des contraintes d'assemblage en structurant l'arborescence en sous-produits.

Durée approximative :

1 heure, sans les exercices

Formation à l'atelier DMU-Kinematics   Objectifs : A l'issue de cette formation, vous serez capable d'effectuer une analyse cinématique d'un mécanisme : construire les liaisons cinématique, imposer les commandes, post-traiter les résultats en terme de vitesses et accélérations notamment.

Durée approximative :

1 heure, sans les exercices

Formation à l'atelier Generative Structural Analysis   Objectifs : A l'issue de cette formation, vous serez capable d'effectuer et post-traiter (champs, valeurs locales) un calcul éléments finis statique (éventuellement modal pour information) sur une pièce simple associée à un modèle poutre, coque ou massif après avoir convenablement choisi le degré de finesse du maillage, les conditions aux limites, les chargements.

Durée approximative :

5 heures, sans les exercices

A l'issue du cours, l'élève aura compris les enjeux de l'ingénierie de conception. Il sera capable d'assurer l'élaboration et l'appropriation de cahiers des charges successifs pour proposer en travail de groupe (lors d'une première série de BEs) une proposition technique argumentée répondant à un besoin original.

Méthodes d'analyse et de modélisation des systèmes multi-physiques. Comment expliquer le succès d'un produit? Prouesses technologiques, coût attractif, design soigné... Ces critères nécessaires ne sont pourtant pas suffisants si le besoin du client n'est pas analysé avec rigueur. L'analyse du client et de ses exigences forme la base du cycle de conception d'un produit industriel qui est étudié dans ce cours comme un ensemble cohérent de méthodes. Les démarches d'élaboration de cahiers des charges y sont décrites, depuis la transcription du besoin énoncé par un client vers la définition géométrique des pièces du système et leur mise en plan. Ce cours aborde alors la cotation fonctionnelle des pièces dans le cadre de la réponse à l'analyse des exigences techniques. La robustesse du cycle de conception mis en place s'appuie aussi sur des méthodes d'anticipation, de gestion et d'analyse des risques qui seront présentées dans ce cours. Aujourd'hui, la plupart des solutions répondant à la mise en œuvre des démarches de conception présentées dans la première partie du cours couvrent des champs disciplinaires multiples (mécanique, électronique, hydrauliques, thermique, ...). C'est pourquoi ce cours propose aussi une initiation à la modélisation comportementale multi-physique alimentée par les cahiers des charges élaborés à l'aide des outils vus dans le cours. La « modélisation système » orientée objet est donc abordée comme une étape clef aujourd'hui incontournable en ingénierie de conception, dont différentes approches et logiciels sont présentés à la fin de ce cours.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Enjeux d'une conception bien pensée : Ingénierie de conception
• Exigences fonctionnelles, exigences techniques : Ingénierie Système
• Analyse des défaillances : l'outil AMDEC
• Exigences géométrique et anticipation des défauts de fabrication
• Tolérancement géométrique en réponse à l'analyse des exigences technique

  BEs croisés entre groupes Elaboration et capitalisation des spécifications. Proposition de solution technique documentée.

• Introduction à la modélisation multi-physique orientée objet

  BEs en groupes Modélisation multi-physique d'un système. Prise en compte des spécifications et optimisation de la solution.

La seconde série de BEs en groupes aborde la modélisation comportementale de systèmes multi-physiques. Le groupe mettra alors en œuvre les connaissances vues en cours pour optimiser un système multi-physique grâce à l'utilisation de logiciels dédiés à la modélisation système orientée objet.

Etude des contacts entre pièces : du modèle théorique aux aspects expérimentaux

Semestre 2

Application de la théorie de Hertz à l'étude du comportement des composants à billes ou à rouleaux (roulements, butées et glissières) :

• Mise en place des éléments théoriques nécessaires (loi de Coulomb, notion de contact conforme et non conforme, théorie de Hertz)
• Etude théorique, expérimentale et numérique (CATIA, SIMULINK) du comportement de différentes interfaces (par contact direct ou utilisant des éléments roulants)

Etude théorique de la répartition de la pression et des contraintes de frottement dans le cas de contacts surfaciques.

Mise en pratique dans le cas de manipulations :

• Montages de roulements
• Assemblages boulonnés
• Cannelures
• Assemblages préchargés
• Visualisation de contacts de Hertz à l'aide de papier pression, de la photoélasticimétrie et du logiciel Pyvot
• Suspensions de motos

Objectifs

• Acquérir des connaissances relatives à la définition géométrique nominale des produits en CAO, à la notion de défauts (ou d'écarts), à la modélisation de ces défauts et à l'extraction des caractéristiques géométriques des produits réels.

• Exploiter ces compétences, les outils associés et les matériels afin de mieux appréhender les problématiques de modélisation 3D, de cotation et de métrologie.

Prise en compte des défauts géométriques au sein du modèle numérique des produits

La conception d'un système s'appuie sur sa représentation géométrique idéale dans un modeleur 3D qui constitue le modèle de référence pour toutes les phases de vie du produit. Malgré l'amélioration continue de la maitrise des procédés, la fabrication des composants engendre des défauts incontournables dont l'amplitude doit être modélisée, maitrisée et quantifiée pour garantir le fonctionnement du système. C'est pourquoi dans le cadre de systèmes à haute valeur ajoutée, les pratiques industrielles s'orientent vers la modélisation de la maquette numérique au réel, c'est à dire une modélisation réaliste des composants du système.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours

• Modélisation géométrique nominale sans défaut

  La modélisation des solides par leur peau, la notion de graphe, relation d'Euler, la norme STEP d'échange des données. La modélisation des orientations et positions relatives des surfaces, définition des SATT, classes d'invariances.

• Modélisation des écarts (forme, orientation et position)

  Notion d'écart, GeoSpelling, langage ISO de description des écarts admissibles, géométriques et dimensionnels (lecture ISO) Ecriture de spécifications à partir des SATT, analogie cinématique, hyperstatisme. Modélisation des défauts de forme, Skin Model Shapes et bases modales

• Extraction et identification de la géométrie réelle

  Torseur des Petits Déplacements associé aux surfaces de substitution, méthodes d'association à des nuages de points issue d'extraction (moindres carrés, Minmax)

• Pratiques expérimentales

Objectifs A l'issue de cette formation, les étudiants doivent maîtriser l'ensemble des étapes de conception, validation, implantation et test de la commande de SED, c'est-à-dire :

• maîtriser la syntaxe et la sémantique des modèles étudiés,
• modéliser la commande d'un système mécatronique à partir de la description de son fonctionnement attendu et valider ce modèle par simulation,
• après génération automatique du code, implanter et tester la commande réalisée.

Commande des systèmes mécatroniques : de la modélisation comportementale à l’expérimentation   La conception de la commande des systèmes mécatroniques s'appuie sur des modèles de nature différente selon que leur comportement évolue de manière continue dans le temps ou qu'il évolue sur occurrence d'événements. Dans les deux cas, des environnements numériques sont utilisés pour éditer les modèles, évaluer leur pertinence (le plus souvent par simulation), générer un programme exécutable par une unité de commande et tester la pertinence de la commande réalisée sur le système en fonctionnement.

Ce cours est axé sur la modélisation et la commande des systèmes mécatronique dont la dynamique est liée à l'occurrence d'événements (appelés Systèmes à Evénements Discrets - SED).

Semestre 2

Déroulement du cours

• Introduction : définition des SED, caractérisation de ses entrées/sorties, notion de générateur d'événements et de système réactif
• Modélisation des générateurs d'événements : bases de la théorie des langages et des Automates Finis
• Modélisation des systèmes réactifs : machine de Moore, machines de Mealy, automates finis étendus
• Modélisation hiérarchique de comportements complexes incluant parallélisme et synchronisation par Statecharts

Les TP sont consacrés à la commande de divers systèmes mécatroniques construits à partir de technologie Makeblock (minirobots, véhicules, ...). Les modèles de commande sont conçus et validés sous Matlab-Stateflow, les systèmes cibles sont contrôlés par carte Arduino.

A l'issue de cette formation, les étudiants pourront :

• Proposer et pré-dimensionner un procédé permettant de réaliser un produit donné.
• Évaluer l'influence de paramètres procédés sur la qualité du produit.
• Appliquer un modèle analytique simple pour estimer la qualité de la fabrication.
• Utiliser, modifier et interpréter une simulation numérique.

Analyse, simulation et pré-dimensionnement d'une production industrielle. Ce module a pour objectif de fournir aux étudiants les connaissances de base relatives aux procédés de fabrications courants.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Vue d'ensemble des procédés de fabrications courants

  Classification Vocabulaire associé

• Fabrication par conformation (Injection plastique, forge, fonderie)

  Principes généraux Modèles de calculs associés

• Fabrication par enlèvement de matière

  Modèle d'effort de coupe

• Fabrication par ajout de matière

  Typologie Problématiques spécifiques

• Capitalisation de savoirs-faire découverts

Les modélisations proposées durant les séances de cours seront utilisées, analysées et discutées durant des séances de Bureaux d'Étude et de Travaux Pratiques.

Bureaux d'étude :

• Conception de Pièce en Fonderie : de la pièce finie au brut de coulée
• Conception de pièce en injection plastique : Simulation d'injection et conception de moule

Travaux Pratiques :

• Réalisation de pièce par moulage en coquille
• Mise en évidence des relations Produit-Procédé en Estampage/Matriçage
• Étude d'une opération de perçage
• Etude de la qualité des pièces réalisées en Impression 3D par dépot de fil ABS.

Modéliser des milieux hétérogènes et mener des approches expérimentales de mesures adaptées.

Durant ce module, vous verrez comment de nombreux matériaux hétérogènes, allant du minéral (bétons, argiles) au vivant (bois, tissus biologique), peuvent être appréhendés à l'aide de modèles moyens, pour définir à diverses échelles (du microscopique au macroscopique) leurs propriétés diélectriques ou mécaniques. Les méthodes de mesures de ces propriétés électriques ou mécaniques seront abordées.

Responsable : Bruno LE PIOUFLE

Semestre 1

Ulrik Nilsen, A., Monteiro, P.J.M., 1993. Concrete: A three phase material. Cement and Concrete Research 23, 147–151. https://doi.org/10.1016/0008-8846(93)90145-Y

• Une première partie du cours traite de la caractérisation électrique du vivant (cellules, tissus). Nous verrons comment les cellules vivantes créent et communiquent à l'aide de potentiels et champs électriques (électrophysiologie), et comment mesurer ces potentiels (patch-clamp). Nous verrons ensuite comment une cellule et ses différents constituants, ou encore un tissu cellulaire peuvent être caractérisés par champ électrique (bioimpédance). Ces concepts seront illustrés expérimentalement (séances de TP).
• La seconde partie du cours concerne le comportement physico-mécanique de matériaux du domaine du génie-civil. La compréhension de ces mécanismes passe par la découvertes des instruments de mesures utilisés sur les ouvrages réels (capteurs à fibres optiques (CFO), cordes vibrantes (CV)) et en laboratoire (LVDT, jauges, etc.). L'acquisition des données et leur post-traitement seront abordés lors de TP afin d'être confronté à l'ensemble de la chaîne de mesure, de sa mise en œuvre jusqu'au traitement du signal obtenu afin d'identifier la caractéristique mesurée.

Modéliser et résoudre des problèmes de milieu granulaire, milieux poreux, mécanique des sols.

Dans ce cours, nous nous intéresserons à un ensemble de problèmes pour lesquels les discontinuités naturelles ou provoquées jouent un rôle fondamental. L'objectif de ce cours est de mettre en place des méthodes simples permettant d'étudier des milieux discontinus souvent complexes. Nous verrons que ce genre d'approche prend tout son sens depuis le fort développement des capacités de calcul numérique.

Responsable : Cécile OLIVER-LEBLOND

Mécanique des milieux continus, solides et fluides. Elasticité, écoulement.

Semestre 1

Dans un premier temps, nous étudierons les interactions apparaissant entre deux solides indéformables. Nous introduirons des lois pour représenter le contact, le frottement et l'adhésion.

Dans un deuxième temps, nous élargirons le problème au cas à n solides en statique et en dynamique. Nous pourrons ainsi traiter les milieux aux discontinuités naturelles comme les milieux granulaires (écoulement de sable, mélange de particules gazeuses, ...) et des milieux à discontinuités provoquées comme les milieux fissurés.

Dans un troisième temps, nous changerons de domaine pour étudier les écoulements et les transferts à travers ces milieux discontinus toujours en se basant sur des applications réelles.

L'objectif du module est :

• de rendre les étudiants capable de construire, en partant des équations dynamiques d'un problème, une démarche de résolution numérique générale permettant d'accéder aux grandeurs d'intérêts : déplacements, vitesses, accélérations, efforts dans les liaisons ;
• de rendre les étudiants capables de mettre en oeuvre cette démarche numérique complète sur un cas simple ;
• de rendre les étudiants capables de construire une simulation dynamique sur un système complexe et d'en exploiter les résultats dans un contexte de mini-projet ;
• de rendre les étudiants capables de caractériser le comportement dynamique d'un système linéaire invariant ;
• de rendre les étudiants capables de synthétiser une correction en boucle fermée par placement des racines de l'équation caractéristique ;
• de rendre les étudiants capables d'analyser localement la dynamique pour un système non linéaire.

La complexité des systèmes mécaniques, ou plus généralement mécatroniques, qui nous entourent, ainsi que des délais de conception toujours plus courts, imposent aux ingénieurs d'avoir recours à la simulation numérique de façon intensive. En effet, les équations régissant le comportement de ces systèmes sont, sauf très rare exception, impossibles à résoudre analytiquement, et les essais physiques sur prototypes sont le plus souvent incompatibles avec les durées et les budgets alloués aux phases de développement. Ce cours est axé sur la problématique de la simulation numérique et le contrôle d'un système de solides indéformables reliés par un ensemble de liaisons cinématiques. Ce type de calcul fortement non-linéaire porte le nom d'analyse dynamique multicorps et est très couramment utilisé dans l'industrie notamment dans les domaines du transport ou de la robotique.

Dynamique du solide, principe fondamental de la dynamique. Asservissement des systèmes linéaires continus invariants, notion de correcteurs.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours (les volets 1 et 2 se déroulent en parallèle)

Volet 1 : dynamique des systèmes multicorps

• Introduction :

• qu'est ce qu'un système multicorps ?
• pourquoi étudier les systèmes dynamiques multicorps ?
• présentations d'un cas d'étude simple, et d'une problématique de projet
• Mise en équation générale de ce type de problème

• choix d'un paramétrage motivé par la résolution numérique
• prise en compte des liaisons entre solides
• application au cas d'étude
• Proposition d'une démarche systématique pour la résolution numérique des équations obtenues :

• discrétisation temporelle, schéma d'intégration en temps,
• résolution du système non linéaire à chaque pas de temps,
• calcul d'une configuration initiale compatible,
• application au cas d'étude

Volet 2 : contrôle des systèmes

• Dynamique des systèmes :

• Equations différentielles
• Lieu des racines
• Synthèse de correcteur :
• Lieu des racines en boucle fermée
• Synthèse et dimension
• Systèmes complexes :
• Systèmes à grande dimension
• Systèmes non linéaires
• Linéarisation et espace de phase

Présentation des concepts fondamentaux de la mécanique quantique et des systèmes cristallins. Application aux systèmes périodiques et présentation du modèle des bandes. Etude des propriétés électriques et thermodynamiques des matériaux cristallins, application aux semi-conducteurs.

Responsable : Denis BOIRON

Semestre 1

A- Bases de mécanique quantique

Concepts de base en mécanique quantique :

• Dualité onde-particule : la relation de de Broglie
• Phénomènes ondulatoires et interférences, la fonction d'onde
• L'équation de Schrödinger
• Postulats de la mesure, quantification

Le spin :  

• Quantification du moment cinétique et l'expérience de Stern et Gerlach
• Bosons et fermions, postulat de symétrisation, principe d'exclusion de Pauli et statistique quantique

B- Théorie quantique de la conductivité : métaux et semi-conducteurs

Électrons dans les cristaux :

• Modèle de conduction de Drude : gaz classique d'électron
• Structure cristalline, réseau de Bravais et réseau réciproque

• Modèle quantique d'électrons dans une structure périodique - théorie des bandes
• Thermodynamique d'un gaz d'électrons dans une structure périodique - conducteurs, semi-conducteurs, isolant
• Notion de trou - dynamique des porteurs de charge

Semi-conducteur :  

• Intérêt des semi-conducteurs
• Dopage - Densité de porteurs - niveau de Fermi
• Application à la jonction pn

Objectif du premier semestre

• favoriser le travail sur l'oral (travail en interaction et exposés)
• introduire l'anglais universitaire et scientifique général
• développer l'autonomie des étudiants dans leur apprentissage de l'anglais via un journal d'apprentissage (learning diary)
• renforcer les acquisitions grammaticales selon les besoins, par niveau

Techniques de communication scientifique en langue anglaise.

Pour être un bon scientifique, la connaissance disciplinaire ne suffit pas : il faut également savoir communiquer, en français mais surtout en anglais. Pour la recherche comme dans l'industrie, l'anglais sera majoritairement votre langue de travail à l'oral comme à l'écrit.

Semestre 1

Les cours d'anglais au sein de la formation SAPHIRE sont organisés en groupes de niveaux (lower-intermediate, intermediate, advanced) suite à un "placement test" en début d'année. Cette organisation en petits groupes de 15 élèves environ permet de travailler selon les besoins et les rythmes de chaque niveau.

Travail d'équipe Organisation et partage du travail Élaboration et tenue d'un planning Proposition et mise en place de modélisation Réalisation expérimentale Confrontation modéle/réel et corrections éventuelles

Conception et réalisation d'un système physique pluritechnique.

Dans l'industrie ou même dans la recherche, le travail en équipe sur projet tend à se développer grâce à son efficacité et à l'implication de ses acteurs. Il permet de relier les personnes entre-elles, de partager des idées, des valeurs, ainsi que la culture de l'organisation, et ce, à condition d'être bien encadré, organisé et supervisé, de ne pas s'éloigner des objectifs définis ni de l'intérêt général.

Les projets SAPHIRE ont pour objectif de réaliser un travail de groupe autour d'une problématique donnée afin d'acquérir des compétences scientifiques et techniques dans les domaines de la Mécanique, de l'Électronique et du Génie Civil. Il s'agit de développer chez les étudiants la capacité à conduire, en groupe de 5 à 6 personnes, un projet d'études, qui mobilise les savoirs théoriques développés par ailleurs. Dans ce module les enseignants deviennent des guides, des médiateurs, des interrogateurs permettant aux étudiants d'avancer dans leur démarche d'apprentissage, d'utiliser différentes stratégies, de se donner une méthode de travail.

Chaque étudiant est acteur du projet ; il s'implique et devient responsable face à ses apprentissages. II construit son savoir. II accède à la connaissance par une démarche d'apprentissage personnelle et active.

Les thèmes sont choisis dans les grands champs sociétaux contemporains la gestion de l'énergie, le transport, la santé, le tout dans une perspective de développement durable. De plus, chaque projet doit avoir un caractère pluridisciplinaire et une certaine diversité des parcours des étudiants est recherchée. Les thèmes d'études sont multi-scientifiques et la réalisation de la solution nécessite une organisation de projet, jalonnée successivement par l'analyse du problème, la recherche de solutions, la simulation, la réalisation et la validation.

Semestre 1

Séparation de la promotion autour de 3 défi pluridisciplinaires.

Au sein de chaque défi, les étudiants sont regroupés en équipe de 4 à 6. Chaque équipe gère alors son projet, analyse le problème proposé, concoit et réalise une solution.

Un groupe d'enseignant encadre l'ensemble des équipes d'un même défi. Ces enseignants se mettent à disposition des étudiants pour leur apporter des conseils, leur expérience et le soutien techniques aux diverses réalisations.

Objectif des cours d'anglais au second semestre

• travailler sur les projets interdisciplinaires en anglais, dans le cadre d'ateliers où seront abordés

  la terminologie spécialisée : comment parler de son projet en anglais? Quelles sources utiliser? la rédaction scientifique : comment rédiger un rapport scientifique en anglais? Quelles sont les normes stylistiques à respecter? l'exposé scientifique : dans la continuité du travail sur l'oral au S1, les étudiants devront présenter leur projet interdisciplinaire en anglais en suivant les normes attendues d'un exposé en contexte universitaire,

• écrire son CV et sa lettre de motivation en anglais (afin d'être réactifs lors des demandes de stages en début d'année suivante),
• se familiariser avec la certification externe demandée en M1 (2014-2015: TOEIC),
• continuer le renforcement grammatical, phonologique et lexical amorcé au premier semestre.

Pratique de la communication scientifique en langue anglaise.

Pour être un bon scientifique, la connaissance disciplinaire ne suffit pas : il faut également savoir communiquer, en français mais surtout en anglais. Pour la recherche comme dans l'industrie, l'anglais sera majoritairement votre langue de travail à l'oral comme à l'écrit.

Semestre 2

Les cours d'anglais au sein de la formation SAPHIRE sont organisés en groupes de niveaux (lower-intermediate, intermediate, advanced) suite à un "placement test" en début d'année. Cette organisation en petits groupes de 15 élèves environ permet de travailler selon les besoins et les rythmes de chaque niveau.

Travail d'équipe Organisation et partage du travail Élaboration et tenue d'un planning Proposition et mise en place de modélisation Réalisation expérimentale Confrontation modéle/réel et corrections éventuelles

Conception et réalisation d'un système physique pluritechnique.

Dans l'industrie ou même dans la recherche, le travail en équipe sur projet tend à se développer grâce à son efficacité et à l'implication de ses acteurs. Il permet de relier les personnes entre-elles, de partager des idées, des valeurs, ainsi que la culture de l'organisation, et ce, à condition d'être bien encadré, organisé et supervisé, de ne pas s'éloigner des objectifs définis ni de l'intérêt général.

Les projets SAPHIRE ont pour objectif de réaliser un travail de groupe autour d'une problématique donnée afin d'acquérir des compétences scientifiques et techniques dans les domaines de la Mécanique, de l'Électronique et du Génie Civil. Il s'agit de développer chez les étudiants la capacité à conduire, en groupe de 5 à 6 personnes, un projet d'études, qui mobilise les savoirs théoriques développés par ailleurs. Dans ce module les enseignants deviennent des guides, des médiateurs, des interrogateurs permettant aux étudiants d'avancer dans leur démarche d'apprentissage, d'utiliser différentes stratégies, de se donner une méthode de travail.

Chaque étudiant est acteur du projet ; il s'implique et devient responsable face à ses apprentissages. II construit son savoir. II accède à la connaissance par une démarche d'apprentissage personnelle et active.

Les thèmes sont choisis dans les grands champs sociétaux contemporains la gestion de l'énergie, le transport, la santé, le tout dans une perspective de développement durable. De plus, chaque projet doit avoir un caractère pluridisciplinaire et une certaine diversité des parcours des étudiants est recherchée. Les thèmes d'études sont multi-scientifiques et la réalisation de la solution nécessite une organisation de projet, jalonnée successivement par l'analyse du problème, la recherche de solutions, la simulation, la réalisation et la validation.

Semestre 2

Séparation de la promotion autour de 3 défi pluridisciplinaires.

Au sein de chaque défi, les étudiants sont regroupés en équipe de 4 à 6. Chaque équipe gère alors son projet, analyse le problème proposé, concoit et réalise une solution.

Un groupe d'enseignant encadre l'ensemble des équipes d'un même défi. Ces enseignants se mettent à disposition des étudiants pour leur apporter des conseils, leur expérience et le soutien techniques aux diverses réalisations.

A la fin du cours, les étudiants auront acquis une méthodologie de résolution des problèmes d'optimisation leur permettant de poser les problèmes, de choisir la méthode de résolution, de les résoudre et d'en exploiter les résultats. Ce cours sera illustré par des exemples pratiques.

Le cours d'identification paramétrique et optimisation a pour objectif de donner à l'étudiant une formation dans le domaine de l'ingénierie assistée par ordinateur lui permettant d'aborder les différents problèmes de modélisation qui se posent lorsque l'on désire analyser ou optimiser les performances d'un système.

Responsable : Javier OJEDA

Semestre 2

Eric Walter : "Méthodes numériques et optimisation : un guide du consommateur"

Thèmes des séances de cours :

• Structure de modèles et propriétés structurelles
• Méthode des moindres carrés pour les systèmes linéaires en paramètres
• Méthodes d'optimisation sans contraintes
• Calcul du gradient, méthodes avec contraintes
• Estimation ensembliste
• Introduction à la planification d'expérience

La physique statistique a pour but d'expliquer le comportement et l'évolution de systèmes physiques comportant un grand nombre de particules (on parle de systèmes macroscopiques), à partir des propriétés individuelles de leurs constituants microscopiques (atomes, molécules, photons, particules, etc.). C'est en particulier une clé pour comprendre les fondements de la thermodynamique. Nombre de propriétés mécaniques, thermiques, électriques et magnétiques des matériaux ne peuvent s'expliquer sans avoir recours à la physique statistique. Deux approches différentes seront utilisées suivant la nature classique ou quantique des propriétés des particules constituant un système. On parlera alors de « statistiques classiques » (première partie du cours) ou de « statistiques quantiques » (seconde partie du cours).

Responsable : Olivier Allix

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Statistiques classiques.

  Systèmes micro-canoniques et canoniques. Entropie et probabilité. Application à la théorie cinétique des gaz.

• Statistiques quantiques.

  Système grand-canonique. Système de fermions : statistiques de Fermi-Dirac. Système de Bosons : statistiques de Bose-Einstein. Applications : corps noir, paramagnétisme de Pauli, phénomènes de fluctuation-dissipation.

À la fin de cet enseignement, l’étudiant devra connaître les éléments de théorie des probabilités et de traitement statistique de l’information. Il devra être capable de proposer des modèles probabilistes pour le traitement de données issus de problèmes réels rencontrés en sciences de l’ingénieur et de discuter de leur validité.

La description de nombreux phénomènes est facilitée par l'utilisation de concepts et de modèles probabilistes. Cette UE donne les notions de base de la théorie des probabilités ainsi que des méthodes standards de traitement statistique de données. Ce cours est illustré par de nombreux exemples.

Responsable : Thomas Rodet

Semestre 2

Thème des séances de cours :

• Probabilité discrète
• Probabilités continues
• Probabilité et approximation
• probabilité et théorie de la mesure

Conception des systèmes numériques à l'aide du langage VHDL Les circuits numériques sont omniprésents dans notre quotidien. Ce module aborde les bases de la conception des systèmes numériques non programmés combinatoires et séquentiels. Les applications sont réalisées sur cartes BASYS en VHDL.

Il est rare aujourd'hui qu'un objet technique pluridisciplinaire ne comporte pas des parties d'électronique numériques pour la gestion des processus, le traitement des données et l'interface utilisateur. Ce module aborde la conception des parties câblées de ces systèmes. L'enseignement est réparti en cours, TD, et TP sur cartes FPGA BASYS associées au logiciel Xilinx ISE.

Semestre 2

Les cours et TD abordent les thèmes de base des systèmes numériques :

• algèbre de Boole
• numération et codage
• systèmes combinatoires : définition, méthodes de simplification et de synthèse, principaux composants
• systèmes séquentiels simples : bascules, compteurs, registres, synthèse de compteurs quelconques, compteurs en anneau, compteurs Johnson
• machines à états de Moore et de Maely

Les séances de travaux pratiques illustrent les concepts et méthodes vus en cours et TD à travers une série de TP qui se termine par un mini projet à orientation ludique dans lequel les étudiants peuvent exprimer leur créativité et s'approprier le langage de description (VHDL) et le matériel mis à leur disposition.

Les objectifs du module sont :

• Appréhender le fonctionnement physique des principaux composants électroniques à base de semi-conducteurs
• Etablir et savoir utiliser des modèles de ces composants
• Savoir analyser et concevoir des circuits électroniques simples à partir de ces composants

Ces dernières années, une multiplication des fonctions électroniques (analogiques et numériques) s'est produite dans les équipements des domaines des télécommunications, traitement de l'information, conversion d'énergie, transports, ... Dans ce module les composants élémentaires permettant la conception de ces équipements seront étudiés. L'approche choisie associe l'analyse de l'existant et la conception, et ira du composant à la fonction.

Semestre 2

Le déroulement du cours sera le suivant :

• Physique des semi-conducteurs : Dopage, jonction PN, transistors bipolaires et à effet de champ, ...
• Interactions semi-conducteurs / lumière : Analyse des principaux composants optoélectroniques, ...
• Modèles équivalents: Caractéristiques des composants, modèles petits signaux, ...
• Fonctions principales de l'électronique: Analyse et conception des circuits électroniques, applications, ...

Génération et conversion de l'énergie électrique : du composant au circuit de puissance.   Les objectifs de ce module sont d'aborder les principes et les outils de base pour la conversion de l'énergie. Nous étudierons les lois et circuits électriques, les lois et circuits électromagnétiques, la conversion électromécanique et enfin l'électronique de puissance.

Semestre 2

Electromécanique : Principes physiques, principaux convertisseurs, principales applicationsB. Dehez, D. Grenier, F. Labrique, E. MatagneMachines électriques

Machines électriques tournantes : Conception, dimensionnement, fonctionnement B. Laporte

Machines électriques : Théorie et mise en oeuvre P. Barret

Alimentation à découpage, convertisseurs à résonance : Principes, composants, modélisation JP. Ferrieux, F. Forest

Les convertisseurs de l'électronique de puissance. Volume 1. La conversion alternatif-continu G. Seguier

Electrotechnique industrielle G. Seguier, F. Notelet

Le réseau électrique dans son intégralité P. Schavemaker, L. Van der Sluis, E. Hoang

Thèmes des séances de cours :

• Lois et circuits électriques :

  Systèmes monophasés et polyphasés. Puissances. Tensions simples et tensions composées. Couplages des récepteurs triphasés. Mesure de la puissance.

• Lois et circuits électromagnétiques :

  Champs, induction et flux magnétiques. Réluctance, Loi d'Hopkinson. Auto-inductance et mutuelle inductance. Energie magnétique. Circuits à aimants permanents.

• Circuits statiques : Les transformateurs.

  Principe : transformateur sans pertes. Transformateur avec pertes (transformateurs réels). Essais : détermination des paramètres, rendement d'un transformateur.

• Conversion électromécanique :

  Généralités sur les machines électriques. Machines à courant continu.

• ENPU :

  Introduction à l'ENPU. Hacheurs dévolteurs. Alimentations à découpage.

Caractérisation fréquentielle des systèmes analogiques linéaires invariants   L'objectif de ce module est, dans un premier temps, de compléter la représentation des signaux déterministes et donner les notions de base sur la représentation des systèmes analogiques. Dans un second temps, on s'intéressera à la commande à temps continu en boucle fermée des systèmes monovariables, linéaires et invariants. Différentes méthodes de synthèse et d'analyse des correcteurs seront présentées.

Semestre 2

1- Introduction

• Principe et but de l'automatique
• Notions d'asservissement et de régulation

2- Représentation des systèmes analogiques, monovariables, linéaires et invariants

• Réponse impulsionnelle, fonction de transfert et réponse en fréquence
• Schémas blocs et manipulation
• Causalité
• Stabilité
• Systèmes fondamentaux du 1er et 2e ordre
• Modélisation des systèmes

3- Systèmes en boucle fermée

• Passage boucle ouverte - boucle fermée
• Stabilité, précision et rapidité
• Synthèse de correcteurs
• Actions particulières : Prédicteur de Smith, anti-windup, ...

Propriétés diélectriques et magnétiques de la matière pour applications aux ondes électromagnétiques guidées et aux propriétés magnétiques microscopiques de la matière.

Semestre 2

Dans ce module, le magnétisme sera abordé d'un point de vue fondamental, de ses origines à l'échelle subatomique (spins et moments orbitaux des électrons), jusqu'aux effets macroscopiques utiles en ingénierie, en passant par les structures magnétiques mésoscopiques (magnétostatique appliquée à la structure en domaines et à la structure de paroi de domaines). Finalement, cette vision multi-échelle permet d'appréhender de façon globale le fonctionnement des matériaux magnétiques.

Les propriétés d'électriques de la matière sont introduites à l'occasion de l'étude de la propagation guidée des ondes électromagnétiques. Cela concerne les ondes de type "radiofréquences" avec des guides métalliques (exemple des radars) ou les ondes optiques avec les guides dits diélectriques (exemple des fibres optiques). La notion fondamentale de mode est donc mise en évidence, conduisant aux effets de dispersion intermodale, et donc en particulier aux limites en taux de transmission. Cette partie ouvre la porte au monde des communications guidées longue distance mais aussi à celui des composants photoniques et opto-microondes, avec des champs d'application dans le domaine des capteurs, du traitement du signal.

A la fin du cours, les étudiants auront acquis une méthodologie de résolution des problèmes d'optimisation leur permettant de poser les problèmes, de choisir la méthode de résolution, de les résoudre et d'en exploiter les résultats. Ce cours sera illustré par des exemples pratiques.

Le cours d'identification paramétrique et optimisation a pour objectif de donner à l'étudiant une formation dans le domaine de l'ingénierie assistée par ordinateur lui permettant d'aborder les différents problèmes de modélisation qui se posent lorsque l'on désire analyser ou optimiser les performances d'un système.

Responsable : Javier OJEDA

Semestre 2

Eric Walter : "Méthodes numériques et optimisation : un guide du consommateur"

Thèmes des séances de cours :

• Structure de modèles et propriétés structurelles
• Méthode des moindres carrés pour les systèmes linéaires en paramètres
• Méthodes d'optimisation sans contraintes
• Calcul du gradient, méthodes avec contraintes
• Estimation ensembliste
• Introduction à la planification d'expérience

À l'issue du module, l'étudiant sera capable de choisir et d'appliquer un modèle judicieux afin de poser un problème de mécanique complexe et le résoudre en vue d'en obtenir les quantités d'intéret souhaitées.

La résolution d'un problème d'élasticité linéaire en Mécanique des Milieux Continus (MMC) sur une structure solide est réalisable analytiquement pour des configurations relativement simples. Dès lors que la géométrie de la structure et le chargement appliqué sortent des cas de symétrie habituels, la solution exacte n'est plus si évidente à déterminer et cela implique de rechercher des solutions approchées. L'objectif de ce module est d'offrir à l'étudiant·e différentes techniques pour simplifier la résolution d'un problème MMC complexe. Ceci se traduit par l'introduction de modèles simplifiés comme le modèle poutre et/ou l'utilisation de méthodes simplifiées de résolution comme les méthodes énergétiques.

Responsable : Yoann GUILHEM

Mécanique des milieux continus. Tenseur de déformation et contraintes, Relations de comportement élastique.

Semestre 2

Jean Garrigues. Statique des poutres e´lastiques, 1999. URL http://jean.garrigues.perso.centrale-marseille.fr/File/poutre.pdf. Jean Salenc¸on. Me´canique des Milieux Continus – Tome 2, volume 2. E´cole Polytechnique, 2007. Thermoe´lasticite´. Jean Salenc¸on. Me´canique des Milieux Continus – Tome 3, volume 3. E´cole Polytechnique, 2016. Milieux Curvilignes. Serge Laroze. Me´canique des Structures, volume 2. Cepadue`s, 2010.

Thèmes des séances de cours :

• Rappels sur les torseurs et introduction au modèle poutre
• Statique et cinématique des poutres
• Lois de comportement des poutres et traitement d'un problème complet
• Méthodes énergétiques en élasticité linéaire dans le cadre de la MMC 3D puis application au modèle poutre
• Introduction à la méthode des éléments finis sur la base d'un problème de type treillis

Les notions abordées en cours et TD seront illustrées par 2 séances de TP permettant :

• d'analyser un système solide à l'aide de modèles MMC et poutre
• de mettre en pratique les outils de simulation numérique
• d'effectuer des mesures expérimentales pour y confronter les résultats analytiques et numériques
• d'étudier les domaines de validité d'un modèle poutre

L'objectif du module est de maîtriser le modèle mathématique permettant de modéliser le comportement de fluides en analysant ses domaines de validités et les simplifications possibles. Il est ainsi possible d'établir un modèle optimal permettant d'obtenir un bon compromis complexité/solvabilité, simplification/précision et modularité/flexibilité.

La modélisation des fluides permet de traiter de nombreux domaines allant de l'aérodynamisme aux interactions fluide-structure en passant par l'énergie et l'aéraulique dans les bâtiment.

Responsable : Rodrigue Desmorat

Mécanique des fluides élémentaires des fluides incompressibles, lois de conservation, équations de Bernouilli et Navier Stokes. Opérateur différentiels, gradient divergence et rotationnel.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• rappels succincts des lois de conservation ;
• écoulements à bas Reynolds ;
• éléments d'analyse adimensionnelle ;
• fluides parfaits (Euler, écoulements potentiels, Bernoulli) ;
• fluides réels (couches limites, instabilités) ;
• conditions aux limites et interactions ;
• écoulements compressibles.

Etre capable de construire la maquette nume´rique d’un volume repre´sentant une pie`ce me´canique de complexite´ raisonnable Etre capable de construire des e´le´ments surfaciques, filaires par des ope´rations simples ? Etre capable de parame´trer une pie`ce pour rendre la maquette nume´rique e´volutive aise´ment, et robuste aux modifications Etre capable de positionner des pie`ces entre elles dans un assemblage pour obtenir un syste`me me´canique complet Etre capable de re´aliser une e´tude cine´matique sur un assemblage Etre capable de re´aliser et post-traiter des calculs de pre´-dimensionnement, en statique sur une pie`ce ou un assemblage de pie`ce

CATIA est un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) comportant de nombreux ateliers permettant des travaux de la modélisation 3D aux calculs de cinématiques et à la résolution de problèmes aux Éléments Finis. Cet outil, par ailleurs très utilisé dans le monde industriel, pourra servir aux étudiants dans divers travaux (projets, TP) de leur cursus. Afin de permettre aux étudiants de se former à leur rythme et s'adapter à leurs besoin ce module permet via des travaux guidés de se former aux ateliers essentiels.

Semestre 2

Formation à l'atelier Part-Design   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable de proposer et construire dans CATIA V5 une suite d'opérations élémentaires (extrusions, révolutions, etc) basées sur des esquisses correctement contraintes, afin de représenter un volume simple imposé, par exemple, via un plan de définition.

Durée approximative :

4 heures, exercices inclus

Formation à l'atelier Generative Shape Design   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable de proposer et mettre en oeuvre une stratégie permettant de construire quelques éléments filaires et surfaciques (plan, droites, points, cercles, surfaces simples).

Durée approximative :

3,5 heures, exercices inclus

Formation à l'usage des paramètres et formules   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable de définir des paramètres de conception et de les utiliser dans la construction d'une pièce via des formules afin de rendre la CAO robuste à des modifications éventuelles.

Durée approximative :

1 heure, sans les exercices

Formation à l'atelier Assembly-Design   Objectifs :

A l'issue de cette formation, vous serez capable d'assembler des pièces existantes via des contraintes d'assemblage en structurant l'arborescence en sous-produits.

Durée approximative :

1 heure, sans les exercices

Formation à l'atelier DMU-Kinematics   Objectifs : A l'issue de cette formation, vous serez capable d'effectuer une analyse cinématique d'un mécanisme : construire les liaisons cinématique, imposer les commandes, post-traiter les résultats en terme de vitesses et accélérations notamment.

Durée approximative :

1 heure, sans les exercices

Formation à l'atelier Generative Structural Analysis   Objectifs : A l'issue de cette formation, vous serez capable d'effectuer et post-traiter (champs, valeurs locales) un calcul éléments finis statique (éventuellement modal pour information) sur une pièce simple associée à un modèle poutre, coque ou massif après avoir convenablement choisi le degré de finesse du maillage, les conditions aux limites, les chargements.

Durée approximative :

5 heures, sans les exercices

A l'issue du cours, l'élève aura compris les enjeux de l'ingénierie de conception. Il sera capable d'assurer l'élaboration et l'appropriation de cahiers des charges successifs pour proposer en travail de groupe (lors d'une première série de BEs) une proposition technique argumentée répondant à un besoin original.

Méthodes d'analyse et de modélisation des systèmes multi-physiques. Comment expliquer le succès d'un produit? Prouesses technologiques, coût attractif, design soigné... Ces critères nécessaires ne sont pourtant pas suffisants si le besoin du client n'est pas analysé avec rigueur. L'analyse du client et de ses exigences forme la base du cycle de conception d'un produit industriel qui est étudié dans ce cours comme un ensemble cohérent de méthodes. Les démarches d'élaboration de cahiers des charges y sont décrites, depuis la transcription du besoin énoncé par un client vers la définition géométrique des pièces du système et leur mise en plan. Ce cours aborde alors la cotation fonctionnelle des pièces dans le cadre de la réponse à l'analyse des exigences techniques. La robustesse du cycle de conception mis en place s'appuie aussi sur des méthodes d'anticipation, de gestion et d'analyse des risques qui seront présentées dans ce cours. Aujourd'hui, la plupart des solutions répondant à la mise en œuvre des démarches de conception présentées dans la première partie du cours couvrent des champs disciplinaires multiples (mécanique, électronique, hydrauliques, thermique, ...). C'est pourquoi ce cours propose aussi une initiation à la modélisation comportementale multi-physique alimentée par les cahiers des charges élaborés à l'aide des outils vus dans le cours. La « modélisation système » orientée objet est donc abordée comme une étape clef aujourd'hui incontournable en ingénierie de conception, dont différentes approches et logiciels sont présentés à la fin de ce cours.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Enjeux d'une conception bien pensée : Ingénierie de conception
• Exigences fonctionnelles, exigences techniques : Ingénierie Système
• Analyse des défaillances : l'outil AMDEC
• Exigences géométrique et anticipation des défauts de fabrication
• Tolérancement géométrique en réponse à l'analyse des exigences technique

  BEs croisés entre groupes Elaboration et capitalisation des spécifications. Proposition de solution technique documentée.

• Introduction à la modélisation multi-physique orientée objet

  BEs en groupes Modélisation multi-physique d'un système. Prise en compte des spécifications et optimisation de la solution.

La seconde série de BEs en groupes aborde la modélisation comportementale de systèmes multi-physiques. Le groupe mettra alors en œuvre les connaissances vues en cours pour optimiser un système multi-physique grâce à l'utilisation de logiciels dédiés à la modélisation système orientée objet.

Etude des contacts entre pièces : du modèle théorique aux aspects expérimentaux

Semestre 2

Application de la théorie de Hertz à l'étude du comportement des composants à billes ou à rouleaux (roulements, butées et glissières) :

• Mise en place des éléments théoriques nécessaires (loi de Coulomb, notion de contact conforme et non conforme, théorie de Hertz)
• Etude théorique, expérimentale et numérique (CATIA, SIMULINK) du comportement de différentes interfaces (par contact direct ou utilisant des éléments roulants)

Etude théorique de la répartition de la pression et des contraintes de frottement dans le cas de contacts surfaciques.

Mise en pratique dans le cas de manipulations :

• Montages de roulements
• Assemblages boulonnés
• Cannelures
• Assemblages préchargés
• Visualisation de contacts de Hertz à l'aide de papier pression, de la photoélasticimétrie et du logiciel Pyvot
• Suspensions de motos

Objectifs

• Acquérir des connaissances relatives à la définition géométrique nominale des produits en CAO, à la notion de défauts (ou d'écarts), à la modélisation de ces défauts et à l'extraction des caractéristiques géométriques des produits réels.

• Exploiter ces compétences, les outils associés et les matériels afin de mieux appréhender les problématiques de modélisation 3D, de cotation et de métrologie.

Prise en compte des défauts géométriques au sein du modèle numérique des produits

La conception d'un système s'appuie sur sa représentation géométrique idéale dans un modeleur 3D qui constitue le modèle de référence pour toutes les phases de vie du produit. Malgré l'amélioration continue de la maitrise des procédés, la fabrication des composants engendre des défauts incontournables dont l'amplitude doit être modélisée, maitrisée et quantifiée pour garantir le fonctionnement du système. C'est pourquoi dans le cadre de systèmes à haute valeur ajoutée, les pratiques industrielles s'orientent vers la modélisation de la maquette numérique au réel, c'est à dire une modélisation réaliste des composants du système.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours

• Modélisation géométrique nominale sans défaut

  La modélisation des solides par leur peau, la notion de graphe, relation d'Euler, la norme STEP d'échange des données. La modélisation des orientations et positions relatives des surfaces, définition des SATT, classes d'invariances.

• Modélisation des écarts (forme, orientation et position)

  Notion d'écart, GeoSpelling, langage ISO de description des écarts admissibles, géométriques et dimensionnels (lecture ISO) Ecriture de spécifications à partir des SATT, analogie cinématique, hyperstatisme. Modélisation des défauts de forme, Skin Model Shapes et bases modales

• Extraction et identification de la géométrie réelle

  Torseur des Petits Déplacements associé aux surfaces de substitution, méthodes d'association à des nuages de points issue d'extraction (moindres carrés, Minmax)

• Pratiques expérimentales

Objectifs A l'issue de cette formation, les étudiants doivent maîtriser l'ensemble des étapes de conception, validation, implantation et test de la commande de SED, c'est-à-dire :

• maîtriser la syntaxe et la sémantique des modèles étudiés,
• modéliser la commande d'un système mécatronique à partir de la description de son fonctionnement attendu et valider ce modèle par simulation,
• après génération automatique du code, implanter et tester la commande réalisée.

Commande des systèmes mécatroniques : de la modélisation comportementale à l’expérimentation   La conception de la commande des systèmes mécatroniques s'appuie sur des modèles de nature différente selon que leur comportement évolue de manière continue dans le temps ou qu'il évolue sur occurrence d'événements. Dans les deux cas, des environnements numériques sont utilisés pour éditer les modèles, évaluer leur pertinence (le plus souvent par simulation), générer un programme exécutable par une unité de commande et tester la pertinence de la commande réalisée sur le système en fonctionnement.

Ce cours est axé sur la modélisation et la commande des systèmes mécatronique dont la dynamique est liée à l'occurrence d'événements (appelés Systèmes à Evénements Discrets - SED).

Semestre 2

Déroulement du cours

• Introduction : définition des SED, caractérisation de ses entrées/sorties, notion de générateur d'événements et de système réactif
• Modélisation des générateurs d'événements : bases de la théorie des langages et des Automates Finis
• Modélisation des systèmes réactifs : machine de Moore, machines de Mealy, automates finis étendus
• Modélisation hiérarchique de comportements complexes incluant parallélisme et synchronisation par Statecharts

Les TP sont consacrés à la commande de divers systèmes mécatroniques construits à partir de technologie Makeblock (minirobots, véhicules, ...). Les modèles de commande sont conçus et validés sous Matlab-Stateflow, les systèmes cibles sont contrôlés par carte Arduino.

A l'issue de cette formation, les étudiants pourront :

• Proposer et pré-dimensionner un procédé permettant de réaliser un produit donné.
• Évaluer l'influence de paramètres procédés sur la qualité du produit.
• Appliquer un modèle analytique simple pour estimer la qualité de la fabrication.
• Utiliser, modifier et interpréter une simulation numérique.

Analyse, simulation et pré-dimensionnement d'une production industrielle. Ce module a pour objectif de fournir aux étudiants les connaissances de base relatives aux procédés de fabrications courants.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours :

• Vue d'ensemble des procédés de fabrications courants

  Classification Vocabulaire associé

• Fabrication par conformation (Injection plastique, forge, fonderie)

  Principes généraux Modèles de calculs associés

• Fabrication par enlèvement de matière

  Modèle d'effort de coupe

• Fabrication par ajout de matière

  Typologie Problématiques spécifiques

• Capitalisation de savoirs-faire découverts

Les modélisations proposées durant les séances de cours seront utilisées, analysées et discutées durant des séances de Bureaux d'Étude et de Travaux Pratiques.

Bureaux d'étude :

• Conception de Pièce en Fonderie : de la pièce finie au brut de coulée
• Conception de pièce en injection plastique : Simulation d'injection et conception de moule

Travaux Pratiques :

• Réalisation de pièce par moulage en coquille
• Mise en évidence des relations Produit-Procédé en Estampage/Matriçage
• Étude d'une opération de perçage
• Etude de la qualité des pièces réalisées en Impression 3D par dépot de fil ABS.

Modéliser des milieux hétérogènes et mener des approches expérimentales de mesures adaptées.

Durant ce module, vous verrez comment de nombreux matériaux hétérogènes, allant du minéral (bétons, argiles) au vivant (bois, tissus biologique), peuvent être appréhendés à l'aide de modèles moyens, pour définir à diverses échelles (du microscopique au macroscopique) leurs propriétés diélectriques ou mécaniques. Les méthodes de mesures de ces propriétés électriques ou mécaniques seront abordées.

Responsable : Bruno LE PIOUFLE

Semestre 1

Ulrik Nilsen, A., Monteiro, P.J.M., 1993. Concrete: A three phase material. Cement and Concrete Research 23, 147–151. https://doi.org/10.1016/0008-8846(93)90145-Y

• Une première partie du cours traite de la caractérisation électrique du vivant (cellules, tissus). Nous verrons comment les cellules vivantes créent et communiquent à l'aide de potentiels et champs électriques (électrophysiologie), et comment mesurer ces potentiels (patch-clamp). Nous verrons ensuite comment une cellule et ses différents constituants, ou encore un tissu cellulaire peuvent être caractérisés par champ électrique (bioimpédance). Ces concepts seront illustrés expérimentalement (séances de TP).
• La seconde partie du cours concerne le comportement physico-mécanique de matériaux du domaine du génie-civil. La compréhension de ces mécanismes passe par la découvertes des instruments de mesures utilisés sur les ouvrages réels (capteurs à fibres optiques (CFO), cordes vibrantes (CV)) et en laboratoire (LVDT, jauges, etc.). L'acquisition des données et leur post-traitement seront abordés lors de TP afin d'être confronté à l'ensemble de la chaîne de mesure, de sa mise en œuvre jusqu'au traitement du signal obtenu afin d'identifier la caractéristique mesurée.

Modéliser et résoudre des problèmes de milieu granulaire, milieux poreux, mécanique des sols.

Dans ce cours, nous nous intéresserons à un ensemble de problèmes pour lesquels les discontinuités naturelles ou provoquées jouent un rôle fondamental. L'objectif de ce cours est de mettre en place des méthodes simples permettant d'étudier des milieux discontinus souvent complexes. Nous verrons que ce genre d'approche prend tout son sens depuis le fort développement des capacités de calcul numérique.

Responsable : Cécile OLIVER-LEBLOND

Mécanique des milieux continus, solides et fluides. Elasticité, écoulement.

Semestre 1

Dans un premier temps, nous étudierons les interactions apparaissant entre deux solides indéformables. Nous introduirons des lois pour représenter le contact, le frottement et l'adhésion.

Dans un deuxième temps, nous élargirons le problème au cas à n solides en statique et en dynamique. Nous pourrons ainsi traiter les milieux aux discontinuités naturelles comme les milieux granulaires (écoulement de sable, mélange de particules gazeuses, ...) et des milieux à discontinuités provoquées comme les milieux fissurés.

Dans un troisième temps, nous changerons de domaine pour étudier les écoulements et les transferts à travers ces milieux discontinus toujours en se basant sur des applications réelles.

L'objectif du module est :

• de rendre les étudiants capable de construire, en partant des équations dynamiques d'un problème, une démarche de résolution numérique générale permettant d'accéder aux grandeurs d'intérêts : déplacements, vitesses, accélérations, efforts dans les liaisons ;
• de rendre les étudiants capables de mettre en oeuvre cette démarche numérique complète sur un cas simple ;
• de rendre les étudiants capables de construire une simulation dynamique sur un système complexe et d'en exploiter les résultats dans un contexte de mini-projet ;
• de rendre les étudiants capables de caractériser le comportement dynamique d'un système linéaire invariant ;
• de rendre les étudiants capables de synthétiser une correction en boucle fermée par placement des racines de l'équation caractéristique ;
• de rendre les étudiants capables d'analyser localement la dynamique pour un système non linéaire.

La complexité des systèmes mécaniques, ou plus généralement mécatroniques, qui nous entourent, ainsi que des délais de conception toujours plus courts, imposent aux ingénieurs d'avoir recours à la simulation numérique de façon intensive. En effet, les équations régissant le comportement de ces systèmes sont, sauf très rare exception, impossibles à résoudre analytiquement, et les essais physiques sur prototypes sont le plus souvent incompatibles avec les durées et les budgets alloués aux phases de développement. Ce cours est axé sur la problématique de la simulation numérique et le contrôle d'un système de solides indéformables reliés par un ensemble de liaisons cinématiques. Ce type de calcul fortement non-linéaire porte le nom d'analyse dynamique multicorps et est très couramment utilisé dans l'industrie notamment dans les domaines du transport ou de la robotique.

Dynamique du solide, principe fondamental de la dynamique. Asservissement des systèmes linéaires continus invariants, notion de correcteurs.

Semestre 2

Thèmes des séances de cours (les volets 1 et 2 se déroulent en parallèle)

Volet 1 : dynamique des systèmes multicorps

• Introduction :

• qu'est ce qu'un système multicorps ?
• pourquoi étudier les systèmes dynamiques multicorps ?
• présentations d'un cas d'étude simple, et d'une problématique de projet
• Mise en équation générale de ce type de problème

• choix d'un paramétrage motivé par la résolution numérique
• prise en compte des liaisons entre solides
• application au cas d'étude
• Proposition d'une démarche systématique pour la résolution numérique des équations obtenues :

• discrétisation temporelle, schéma d'intégration en temps,
• résolution du système non linéaire à chaque pas de temps,
• calcul d'une configuration initiale compatible,
• application au cas d'étude

Volet 2 : contrôle des systèmes

• Dynamique des systèmes :

• Equations différentielles
• Lieu des racines
• Synthèse de correcteur :
• Lieu des racines en boucle fermée
• Synthèse et dimension
• Systèmes complexes :
• Systèmes à grande dimension
• Systèmes non linéaires
• Linéarisation et espace de phase

Présentation des concepts fondamentaux de la mécanique quantique et des systèmes cristallins. Application aux systèmes périodiques et présentation du modèle des bandes. Etude des propriétés électriques et thermodynamiques des matériaux cristallins, application aux semi-conducteurs.

Responsable : Denis BOIRON

Semestre 1

A- Bases de mécanique quantique

Concepts de base en mécanique quantique :

• Dualité onde-particule : la relation de de Broglie
• Phénomènes ondulatoires et interférences, la fonction d'onde
• L'équation de Schrödinger
• Postulats de la mesure, quantification

Le spin :  

• Quantification du moment cinétique et l'expérience de Stern et Gerlach
• Bosons et fermions, postulat de symétrisation, principe d'exclusion de Pauli et statistique quantique

B- Théorie quantique de la conductivité : métaux et semi-conducteurs

Électrons dans les cristaux :

• Modèle de conduction de Drude : gaz classique d'électron
• Structure cristalline, réseau de Bravais et réseau réciproque

• Modèle quantique d'électrons dans une structure périodique - théorie des bandes
• Thermodynamique d'un gaz d'électrons dans une structure périodique - conducteurs, semi-conducteurs, isolant
• Notion de trou - dynamique des porteurs de charge

Semi-conducteur :  

• Intérêt des semi-conducteurs
• Dopage - Densité de porteurs - niveau de Fermi
• Application à la jonction pn