M2 Physique et Ingénierie de l'Energie (PIE) : Systèmes électriques pour l'énergie et la mobilité

Martin Hennebel Marc Petit Loïc Queval Jing Dai Trung Dung LE.

-Présentation et organisation du secteur de l'énergie électrique (production, transport et distribution), architecture des réseaux de transport et distribution. Modélisation des éléments du réseau : Cours -Méthode de calcul des transits de puissance (Load-flow) : Cours -Réglage de tension sur un réseau électrique : Cours -Réglage de fréquence sur un réseau AC : Cours -Réglage du réseau : TD.

Présentation et organisation du secteur de l'énergie électrique (production, transport et distribution), architecture des réseaux de transport et distribution. Modélisation des éléments du réseau

Méthode de calcul des transits de puissance (Load-flow)

Réglage de tension sur un réseau électrique

Réglage de fréquence sur un réseau AC

Réglage du réseau.

Éléments généraux d'électrotechniques (systèmes triphasés, puissances, machine synchrone).

Septembre - Octobre - Novembre.

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Laurent Daniel Martino Lo Bue Morgan Almanza.

-Introduction aux couplages multiphysiques: enseignant Daniel ; cours 3h -Introduction à la thermodynamique : enseignant Lo Bue ; cours 3h -Introduction des potentiels thermodynamiques : enseignant Lo Bue ; cours 3h -Efficacité des couplages en lien avec la conversion d'énergie : enseignant Lo Bue ; cours 3h -Exemples d'applications sur des systèmes de réfrigération et rôle des échangeurs dans le cadre de la thermodynamique hors équilibre: enseignant Almanza ; cours 2h, TD 2h -Besoin d'une description locale et modèle de conduction thermique : enseignant Almanza ; cours 2h, TD 2h -Exemple de couplage multiphysique : la piézoélectricité : enseignant Daniel ; cours 3h -L'essai de force bloquée sur les céramiques piézoélectriques : enseignant Daniel ; TD 3h -Cas du comportement magnéto-mécanique : enseignant Daniel ; cours 3h -Modélisation simplifiée de la déformation de magnétostriction : enseignant Daniel ; TD 3h -Les contraintes équivalentes en plasticité : enseignant Daniel ; TD 3.

Objectifs : Être capable de décrire le comportement des matériaux du Génie Electrique soumis à des sollicitations multiphysiques. Maîtriser la notion de loi de comportement, dans un cadre thermodynamique rigoureux. Aborder les applications au cas du comportement électromécanique, magnétomécanique, électrocalorique, magnétocalorique

Contenus :
- Introduction aux couplages multiphysiques : Applications, systèmes. Notion de loi de comportement. Introduction des variables d'état pour décrire le comportement (découplé) des matériaux. Comportement des matériaux
- Comportement des matériaux (Mécanique / magnétique / diélectrique)
- Introduction à la thermodynamique, principes de la thermodynamique (à l'équilibre)
- Introduction des potentiels thermodynamiques
- Efficacité des couplages (Rendement de Carnot) en lien avec la conversion d'énergie
- Exemples d'applications sur des systèmes de réfrigération et rôle des échangeurs dans le cadre de la thermodynamique hors équilibre
- Besoin d'une description locale et modèle de conduction thermique Equilibre thermodynamique local
- Exemple de couplage multiphysique : la piézoélectricité
- Essai de force bloquée sur les céramiques piézoélectriques
- Cas du comportement magnéto-mécanique. Introduction de la dissipation.
- Modélisation simplifiée de la déformation de magnétostriction
- Les contraintes équivalentes en plasticité.

Thermodynamique de premier cycle, bases de la mécanique de milieux continus, d'électromagnétisme et de thermique.

Le cours de physique de Feynan vol Mécanique 2, chapitres 44 et 45

E. Fermi, Thermodynamics, Dover

D. L. Goodstein, States of Matter, Dover, chapitre 1 pp. 1-26

J. Lemaitre, J.L. Chaboche, Mécanique des matériaux solides, Dunod.

Septembre - Octobre - Novembre.

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Lionel Pichon Xavier Mininger.

-Exemples de problèmes aux limites de la physique : enseignant Pichon ; cours 3h -Différences finies : enseignant Pichon ; cours 6h -Éléments finis : enseignant Pichon ; cours 3h -Mise en application de la méthode des éléments finis pour la résolution d'un problème académique : enseignants Pichon, Mininger ; TD 3h -Magnétodynamique et ondes, modélisation numérique de problèmes : enseignant Pichon ; cours 3h -Équations intégrales pour problèmes électrostatiques en 2D : enseignant Pichon ; cours 3h -Modélisation numérique des couplages multiphysiques : du matériau vers le système : enseignant Mininger ; cours 3h -Séances de travaux pratiques : mise en application d'une modélisation numérique sous un outil commercial, et application des points traités en cours pour un paramétrage adapté de l'outil : enseignants Mininger, Pichon ; TP 3h.

Définir et formaliser un problème des sciences de l'ingénieur impliquant électromagnétisme, thermique et/ou mécanique ; choisir un outil de modélisation numérique et de simulation pour analyser et dimensionner un dispositif

Contenus :
- Exemples de problèmes aux limites de la physique (électromagnétisme, thermique,...); équations de Maxwell, équation de diffusion de la chaleur,...
- Différences finies : schémas classiques pour la diffusion, FDTD
- Éléments finis : formulation variationnelle, éléments nodaux, éléments d'arête. Application aux problèmes statiques
- Mise en application de la méthode des éléments finis pour la résolution d'un problème académique
- Magnétodynamique et ondes, modélisation numérique de problèmes temporels
- Équations intégrales pour problèmes électrostatiques en 2D
- Modélisation numérique des couplages multiphysiques : du matériau vers le système (piézo-électricité, problèmes magnéto-mécaniques, vibroactoustiques...). Résolution de problèmes linéaires et non-linéaires
- Séances de travaux pratiques : mise en application d'une modélisation numérique sous un outil commercial, et application des points traités en cours pour un paramétrage adapté de l'outil.

Dérivées partielles, opérateurs vectoriels, équations différentielles du 1er ordre et 2ième ordre, éléments d'algèbre linéaire.

Septembre - Octobre - Novembre.

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Philippe Dessante Hamid Ben Ahmed Maya Hage Hassan.

-Eco-optimisation : impacts environnementaux de ressources renouvelables et non-renouvelables, analyse sur cycle de vie, éco-conception et éco-optimisation : enseignant Ben Ahmed ; Cours 3*3h -Formulation d'un problème d'optimisation, application des méthodes d'optimisation : Enseignante Hage Hassan ; TD 2x3h -Optimisation système des systèmes d'énergie, Optimisation avec et sans gradient, Optimisation stochastique, Principes d'optimisation multi objectifs : enseignant Dessante ; cours 3x3h.

L'objectif de cette UE est de présenter les démarches pour formuler un problème d'optimisation et les méthodes et/ou les outils pour le résoudre. Les applications traiteront de problèmes liés aux systèmes de conversion d'énergie.

Contenus :
- Eco-optimisation. Cette partie du cours aborde les notions d'impacts environnementaux, de ressources ren. et non-renouv., d'analyse sur cycle de vie, d'éco-conception et enfin d'éco-optimisation. Cette dernière notion est relative à l'optimisation du dimensionnement des systèmes électrique sur la base des performances classique mais aussi des performances environnementales. Des exemples et cas d'études sont détaillés.
- Formulation d'un problème d'optimisation, application des méthodes d'optimisation.
- Optimisation système des systèmes d'énergie. Optimisation avec et sans gradient. Cours d'optimisation stochastique (recuit simulé, génétique, évolution différentielle), cours sur les principes d'optimisation multiobjectifs (front de pareto, calcul classique, NSGA).

Septembre - Octobre - Novembre.

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Frédéric Mazaleyrat Jean-Paul Kleider Sylvain Le Gall.

-Matériaux magnétiques; origine du magnétisme, moment magnétique des ions et des métaux, ordre magnétique : Enseignant Mazaleyrat ; Cours 3h -Matériaux magnétiques; magnétisme macroscopique, aimantation, hystérésis, anisotropie : Enseignant Mazaleyrat ; Cours 3h -Matériaux magnétiques; structure en domaines : Enseignants Mazaleyrat ; Cours 3h -Matériaux magnétiques; familles de matériaux doux et durs : Enseignant Mazaleyrat ; Cours 3h -Structure de bande électronique, électrons dans un solide et transport : enseignants Kleider , Le Gall ; -Matériaux semi-conducteurs, généralité et diagramme des bandes : enseignants Kleider , Le Gall ; -Dispositifs pour microélectronique et optronique : Jonction PN, Schottky, Hétérojonction, Métal-Oxyde-Semiconducteur, Diode Laser : enseignants Kleider , Le Gall.

Matériaux magnétiques; origine du magnétisme, moment magnétique des ions et des métaux, ordre magnétique

Matériaux magnétiques; magnétisme macroscopique, aimantation, hystérésis, anisotropie

Matériaux magnétiques; structure en domaines

Matériaux magnétiques; familles de matériaux doux et durs

Électronique des Solides: Structure de bande électronique, électrons dans un solide et transport

Électronique des Solides: matériaux semi-conducteurs: généralité et diagramme des bandes

Électronique des Solides: Dispositifs pour microélectronique et optronique : Jonction PN, Schottky, Hétérojonction, Métal-Oxyde-Semiconducteur, Diode Laser.

Septembre - Octobre - Novembre.

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Tanguy Phulpin Pierre-Etienne Levy.

-La cellule de commutation principe et technologie : enseignant Lévy ; cours 3h -Exemples d'applications des convertisseurs électronique de puissance : enseignant Lévy ; cours 2x3h, TD 2x1,5h -Semiconducteurs pour l'électronique de puissance : enseignant Phulpin ; cours 3h -Les composants passifs en électronique de puissance (technologie) et dimensionnement : enseignant Phulpin ; cours 3h, TD 1,5h -Réalisation et le dimensionnement des composants magnétiques (inductance et transformateur : enseignant Phulpin ; cours 3h, TD 1,5h -Modélisation des convertisseurs en vue de la commande : enseignant Levy ; cours 3h, TD 1,5h.

Ce cours développera les bases de l'électronique de puissance et de la conversion d'énergie afin d'en comprendre les tenants et aboutissants et quels sont les verrous qui limitent l'industrie actuelle. Nous commencerons par expliquer pourquoi le découpage dans les alimentations stabilisées, quels filtres sont utilisés, et comment réguler une tension de sortie. Nous verrons ainsi sur les deux premières séances les différentes possibilité de convertisseur, isolé et non isolés. Ensuite nous ferons un point sur la réalisation et le dimensionnement des composants magnétiques (inductance et transformateur) et sur les composants à semi-conducteurs utilisés pour l'électronique de puissance. Nous préciserons enfin les différents convertisseurs existants avec les avantages et inconvénients.

Contenus :
- La cellule de commutation principe et technologie
- Exemples d'applications des convertisseurs électronique de puissance ; étude des structures (Onduleur photovoltaïque (Boost + onduleur) ; alimentation isolée (Flyback) ; Ballast électronique pour éclairage (PFC) ; Drive pour moteur brushless
- Semiconducteurs pour l'électronique de puissance
- Les composants passifs en électronique de puissance (technologie)+dimensionnement
- Réalisation et le dimensionnement des composants magnétiques (inductance et transformateur)
- Modélisation des convertisseurs en vue de la commande.

Bases de l'électronique de puissance avec les différents calculs de puissances, le facteur de puissance, la représentation de Fresnel. Notions de base sur les inductance et les transformateurs.

Composants à semi-conducteurs (O. Bonnaud)

Du composant magnétique à l'électronique de puissance (D. Sadarnac)

http://www.composelec.com.

Septembre - Octobre - Novembre.

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Mohamed GABSI Eric MONMASSON.

-Introduction et principes de la conversion électromécanique : enseignant Gabsi ; cours 3h -Classification des machines électriques : enseignant Gabsi ; cours 3h -Structures de machines synchrones à simple excitation : enseignant Gabsi ; cours 3h -Modèles usuels: enseignant Gabsi ; Cours 3h -Modélisation dynamique et base du contrôle vectoriel : enseignant Monmasson ; cours 9h -Bureau d'étude MATLAB : enseignant Monmasson ; TD 4,5.

Présenter les différents types de machines électriques et les différentes manières de les modéliser et commander.

Contenus
- Introduction et principes de la conversion électromécanique
- Classification des machines électriques
- Structures de machines synchrones à simple excitation
- Modèles usuels
- Modélisation dynamique et base du contrôle vectoriel
- Bureau d'étude MATLAB.

Bases de conversion électromécanique et statique.

"Electrotechnique industrielle", G. Séguier, F. Notelet, Tec&Doc Lavoisier éditeur. "Introduction à l'électrotechnique approfondie", G. Séguier, F. Notelet, J. Lesenne, Tec&Doc Lavoisier éditeur. "Modélisation des machines électriques en vue de leur commande", ouvrage collectif sous la direction de J.P. Louis, traité EGEM, Lavoisier éditeur.

Septembre - Octobre - Novembre.

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Éric LABOURÉ Mohamed BENSETTI Yann LE BIHAN Lionel PICHON.

- Principe du transfert sans contact par induction : coupleur, compensation et rendement : Cours 3h - Application au domaine automobile (recharge statique et dynamique) : Enseignant Bensetti ; Cours 3h - Méthodes et modèles de dimensionnement : Enseignant Le Bihan ; Cours 3h, TP 6h - Électronique de puissance adaptée au système de transfert d'énergie sans contact : Enseignant Labouré ; Cours 6h - Étude du rayonnement électromagnétique : Cours 3h - Bureau d'étude : Modélisation et validation expérimentale d'un système de recharge sans contact par induction : TP 6h.

Les techniques de recharge sans contact trouvent un intérêt dans différents domaines: systèmes de communication (téléphone portable, tablette,..), médical (antenne implantée, stimulateur cardiaque ou pacemaker, ...) et automobile (recharge de batteries). Ce cours vise à proposer des méthodologies pour le dimensionnement d’un système de recharge sans contact par couplage inductif de la source à la charge. Les aspects fonctionnels liés au système de recharge seront abordés ainsi que la problématique de l’exposition au champ magnétique généré par le coupleur électromagnétique. L’approche de modélisation envisagée doit pouvoir prendre en compte simultanément les différents aspects du problème posé (formes géométriques du coupleur, nature des matériaux, blindage, désalignement, environnement, nature des convertisseurs de puissance, …). La méthodologie proposée s’appuiera sur la combinaison d'outils de modélisation électromagnétique avec un outil de type circuit.

Contenu des enseignements:
- Concepts de base sur les techniques de transmission d'énergie à distance (HF et BF)
- Principe du transfert sans contact par induction : coupleur, compensation et rendement
- Application au domaine automobile (recharge statique et dynamique)
- Méthodes et modèles de dimensionnement
- Électronique de puissance adaptée au système de transfert d'énergie sans contact
- Étude du rayonnement électromagnétique
- Bureau d'étude : Modélisation et validation expérimentale d'un système de recharge sans contact par induction.

Il est souhaitable d'avoir des connaissances en électromagnétisme et en électonique de puissance.

Décembre - Janvier - Février.

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Eric Monmasson Amir Arzandé Emmanuel Hoang.

-Commande des convertisseurs connectés au réseau (topologie générale + contrôle des courants + synchronisation) : Enseignant Monmasson ; Cours 12h -Association panneaux solaires et convertisseurs de puissance : Enseignant Arzandé ; Cours 3h -Association éolienne et convertisseur de puissance : Enseignant Arzandé ; Cours 3h -Insertion des énergies renouvelables au réseau : Enseignant Arzandé ; Cours 3h -Convertisseurs de puissance dans les fermes éoliennes : Enseignant Hoang ; Cours 6h.

L'objectif de ce module est de présenter sous l'angle électrique les deux principaux types de systèmes de génération d'énergie à base de sources renouvelables, à savoir l'éolien et le solaire photovoltaïque. Par ailleurs, une attention particulière est donnée au problème de raccordement de ces unités de génération à base de sources intermittentes au réseau électrique.

Contenus :
-Commande des convertisseurs connectés au réseau (topologie générale + contrôle des courants + synchronisation)
-Association panneaux solaires et convertisseurs de puissance
-Association éolienne et convertisseur de puissance
-Insertion des énergies renouvelables au réseau
-Convertisseurs de puissance dans les fermes éoliennes.

Connaissances de base en électrotechnique.

"Le réseau électrique dans son intégralité" https://laboutique.edpsciences.fr/produit/1069/9782759822287/Le%20reseau%20electrique%20dans%20son%20integralite.

Décembre - Janvier - Février.

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Romaric Landfried Philippe Molinié Emmauel Odic.

- Arc électrique : Cours 12h - Décharges électriques : Cours 9h ­- Électrostatique et fiabilité des diélectriques : Cours 3h.

Arc électrique (12h)
­
La physique de l’arc électrique :
o notion de plasma
o modèle d’arc électrique
o phénomènes dans la colonne d’arc et aux électrodes
o grandeurs caractéristiques
o les différents moyens d’amorçage
­
L’arc électrique en tant que défaut :
o Arc série/arc parallèle
o applications/systèmes concernés
o exemple de la montée en tension dans le milieu aéronautique : influence de la pression (détection, arc tracking)
­
La coupure :
o Problématique/contexte
o les dispositifs existants (disjoncteur, contacteur,…)
o études détaillée de 2 systèmes : un disjoncteur et un contacteur

Décharges électriques (9h)
­
Physique des décharges :
o Phénomènes élémentaires : modèle collisionnel, source d’électrons-germe
o Loi de Paschen
o Caractérisation électrique - Modèle de la décharge couronne
o Streamer – Modélisation et approche mathématique
o Décharges partielles
o Détection de décharges électriques : méthodes et cas pratiques
­ Propriétés physicochimiques des décharges électriques à pression atmosphérique :
o Produits de décharges, transfert de matière
o Interaction décharge électrique / isolant

Electrostatique et fiabilité des diélectriques (3h)

­Phénomènes à champ élevé :
o Bandes d’énergie
o Charges électriques dans les isolants réels, considérations énergétiques
­
Claquage électronique et thermique
­
Charge d’espace :
o Injection de charge
o Techniques de mesure
­
Vieillissement :
o Transferts d’énergie
o Volumes libres, exemple.

Physique des plasma-Cours et Application » J.M. Rax, Dunod 2005

« L’arc électrique et ses applications – Tome 1 : étude physique de l’arc » Serge Vacquié, éditions du CNRS 1984

« Plasmas froids de décharge - Propriétés électriques » A-M. Pointu, J. Perrin, J. Jolly, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 2 830 – 1-21

« Gaz isolants » P. Ségur, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 2 530 − 1-33

J.M. Meek et J.D. Craggs, Electrical breakdown of gases, Wiley Science, 1978

« Les diélectriques » R. Coelho, B. Aladenize, Hermès 1993

“Electrical degradation and breakdown

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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Zoubir Khatir Mounira Berkani Tanguy Phulpin.

-Modélisation et méthodologie de simulation de la physique de la défaillance SC : Enseignant Khatir ; Cours 3h, TD 2h -Méthodologies expérimentales de vieillissement des composants SC et composants de stockage d'énergie électrique (capas, batteries, supercaps) : Enseignant Khatir ; Cours 2h, TD 2h -Défaillances des composants SC sous régimes de fonctionnement extrêmes : Enseignante Berkani ; Cours 3h, TD 2h -Techniques d'analyse de la défaillance (destructives & non-destructives) : Enseignante Berkani ; Cours 2h, TD 2h -Risques de défaillances liés aux Décharges électrostatiques et radiatifs : Enseignant Phulpin ; Cours 3h -Simulation d'un SEB (Single Event Burn-out) sur MOSFET : Enseignant Phulpin ; TP 3h.

Modélisation et méthodologie de simulation de la physique de la défaillance SC

Méthodologies expérimentales de vieillissement des composants SC et composants de stockage d'énergie électrique (capas, batteries, supercaps)

Défaillances des composants SC sous régimes de fonctionnement extrêmes

Techniques d'analyse de la défaillance (destructives & non-destructives)

Risques de défaillances liés aux Décharges électrostatiques et radiatifs

Simulation d'un SEB (Single Event Burn-out) sur MOSFET.

Composants de l'électronique de puissance.

Décembre - Janvier - Février.

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Amir Arzandé Trung-Dung Le Jing Dai.

-Cours 1: compteurs électriques, données de consommation et leur utilisation, analyse de la courbe de consommation (3h) -Cours 2: méthodes des statistiques appliquées à l’analyse de la consommation (3h) - Cours 3: méthodes de Machine learning (régressions, KNN, réseaux de neurones, etc.) (3h) -Bureau d’étude: Introduction de Python pour la Data Science (Pandas, ScikitLearn, Jupyter Notebook) (3h) -Bureau d’étude: Reconnaissance d’usages en Python (3h) -Bureau d’étude: Prévision de la consommation en Python (3h).

L’acquisition et l’analyse statistique de données massives variables, ainsi que leur intégration dans des modèles prédictifs, occupent une place centrale dans les systèmes énergétiques. Dans l’exercice de leurs activités, les opérateurs produisent, collectent, exploitent et transmettent d’ores et déjà aux parties prenantes divers types de données pour de nombreux usages. Avec le développement des technologies « smart » et l’augmentation croissante du volume de données collectées, parfois sensibles, de nouvelles opportunités se sont ouvertes pour le secteur. Les élèves doivent apprendre à manier et analyser ces données pour répondre à des problématiques diverses, dont l'identification et l'analyse des usages pour la maîtrise de la consommation d'énergie électrique.

Connaissance de base d’électrotechnique, problème harmonique, la base statistique.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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Zoubir Khatir Vincent Loyau Mickaël Petit Eric Labouré.

-La modélisation thermique en EP (approches analytiques, numériques, compactes, nodales) / Séances de travaux pratiques à l'aide d'un outil libre (FreeFEM) : Enseignant Khatir ; Cours 4h, TD 2h -Pertes dans les composants actifs : Enseignant Petit ; Cours 2h, TD 4h -Ferrites, composition, propriétés physiques, modélisation des pertes en grands signaux, modélisation spectrale (perméabilité complexe) : Enseignant Loyau ; Cours 3h, TD 3h -Dimensionnement des composants passifs (pertes + optimisation) : illustration sur le cas d'une inductance et d'un transformateur : séance de travaux pratiques à l'aide d'un outil libre (FEMM) : Enseignant Labouré : Cours 3h, TD 3h.

La modélisation thermique en EP (approches analytiques, numériques, compactes, nodales) / Séances de travaux pratiques à l'aide d'un outil libre (FreeFEM)

Pertes dans les composants actifs de l'électronique de puissance

Ferrites, composition, propriétés physiques, modélisation des pertes en grands signaux, modélisation spectrale (perméabilité complexe)

Dimensionnement des composants passifs (pertes + optimisation) : illustration sur le cas d'une inductance et d'un transformateur : séance de travaux pratiques à l'aide d'un outil libre (FEMM).

Circuits électriques, Matériaux magnétiques, Composants de l'électronique de puissance, Electrocinétique.

- Magnétisme, tomes I et II, EDP Sciences, 2000. - Power Magnetic Devices Editor(s): S. D. Sudhoff ; DOI:10.1002/9781118824603 - Transformer and Inductor Design Handbook, Colonel Wm. T. McLyman Paru en décembre 2017.

Novembre - Décembre - Janvier.

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François Costa Eric Labouré.

-Méthodologie de synthèse des convertisseurs d'électronique de puissance : enseignant Costa ; Cours 3h -Principes et mise en œuvre de la commutation douce : structures DC-DC et DC-AC : enseignant Costa ; Cours 3h -Conversion électronique de puissance basée sur les matériaux piézoélectriques : enseignant Costa ; Cours 3h -Méthodologie de simulation pour les systèmes complexes : enseignant Costa ; Cours 3h -Cem machines électriques : enseignant Costa ; Cours 3h -Courants dans les palliers : enseignant Costa ; Cours 3h -Structures de conversion DC-DC et DC-AC avancées : multiniveaux : enseignant Costa ; Cours 3h -Convertisseurs multicellulaires : structures et problématiques de commande : enseignant Labouré ; Cours 6h.

Méthodologie de synthèse des convertisseurs d'électronique de puissance

Principes et mise en œuvre de la commutation douce : structures DC-DC et DC-AC

Conversion électronique de puissance basée sur les matériaux piézoélectriques

Méthodologie de simulation pour les systèmes complexes

Cem machines électriques

Courants dans les palliers

Structures de conversion DC-DC et DC-AC avancées : multiniveaux

Convertisseurs multicellulaires : structures et problématiques de commande.

Ce module est destiné à approfondir le domaine de l’électronique de puissance tant sous les aspects des structures de conversion nouvelles, des technologies des composants de puissance que des applications avancées dans des domaines variés : transports terrestres et aériens, domotique et portable, applications industrielles, énergies renouvelables.

La compatibilité électromagnétique en électronique de puissance, principes et cas d'études, coll. Sciences et technologies de l'énergie électrique

Encyclopédie technique « Les techniques de l’ingénieur », traité de Génie Électrique, vol. D4 articles D3000 à D3300.

Alimentations à découpage, convertisseurs à résonance : Principes, composants, modélisation. Éditeur: Dunod,

La commutation douce dans la conversion statique de l’énergie électrique, Tec. & Doc. Lavoisier, Paris, 1989, 312 p.

Composants semi-conducteurs pour l'électronique de puissance, Éditions LAVOISIER.

Electronique de puissance,

Décembre - Janvier - Février.

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Vincent Bourdin, CNRS.

1. Introduction à l’exergétique / application : récupération de chaleur (2h CM / 1h TD) 2. Application : pompes à chaleur (1,5h CM, 1,5h TD) 3. Application : cogénération (1,5h CM, 1,5h TD) 4. Ressource Solaire /mesure (1,5h CM, 1,5h TD) 5. Capteurs insolateurs, CESI, SSC (1,5h CM, 1,5h TD) 6. Dimensionnement en fonction du lieu – logiciel PVGIS (3h TP/ 12 étudiants) (possiblement déporté vers le module photovoltaïque) 7. Systèmes concentrateurs (1,5h CM, 1,5h TD) 8. Introduction à la gestion des réseaux avec sources.

Sur la Terre dont l’environnement est profondément dégradé par les activité humaines et dont les ressources
seraient rapidement épuisées par la poursuite des modes de vie et de développement actuels dans le cadre d’une
pression démographique insoutenable [1], il est urgent d’adopter des méthodes permettant de faire des choix
réalistes pour la conversion et l’utilisation de l’énergie sous contrainte de ressources énergétiques, minérale,
agricoles, et environnementales [2, 3].
Ce module vise à donner aux étudiants les bases permettant une approche rationnelle des problèmes posés par la
transition énergétique. Il est plus spécifiquement centré sur l’analyse exergétique des procédés de récupération
de chaleur (intégration thermique dans les procédés, pompe à chaleur, cogénération…), sur la conversion.

• connaissances mathématiques de base • connaissances de la physique macroscopique • énergétique : 1er et 2nd principes de la thermodynamique et leurs conséquences • transferts thermiques : rayonnement, convection et conduction • optique géométrique, ondes et photons.

[1] « Atlas de l’anthropocène » François Gemenne et al. Presses de Siences Po (2019) [2] « L'âge des low tech » Philippe Bihouix coll. Anthropocène - Seuil (2014) [3] « Transition énergétique pour tous, ce que les politiques n’osent pas vous dire » Jean-Marc Jancovici, éditions Odile Jacob, (2011) Selon les besoins de l’étudiant-e et au choix : « Thermodynamique de l’ingénieur » Olivier Cleynen – Framabook « Éléments de thermodynamique technique » de Joseph Martin, Pierre Wauters - UCL Presses Universitaires de Louvain – DUC (2014) « Thermodynamique » de Bernard Diu, Claudine Guthmann,

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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Mohamed Bensetti Yann Le Bihan Pierre-Etienne Levy.

- Concepts de base de la CEM : sources, couplages, victimes et normes : Enseignant Bensetti ; Cours 3h - Modèles CEM des sources et des chemins de propagation pour les systèmes d'électronique de puissance : Enseignant Bensetti ; Cours 3h - Analyse d'un cas d'école : hacheur Buck, paramètres influents de la CEM : Enseignant Levy ; Cours 6h - Filtrage CEM des convertisseurs statiques, dimensionnement des filtres : Enseignant Levy ; Cours 3h - Etude du rayonnement électromagnétique des composants de puissance - modèles d'émissions rayonnées : Enseignant Bensetti ; Cours 3h -Instrumentation en CEM: Capteurs, appareils de mesure : Enseignant Le Bihan ; Cours 6h - Bureau d'étude: Dimensionnement d'un blindage en champ proche en utilisant un outil logiciel de modélisation électromagnétique : Enseignant Bensetti ; TP 3h.

Cette unité d’enseignement fournit aux étudiants un ensemble de connaissances et d’outils de modélisation permettant la compréhension des problématiques liées à la compatibilité électromagnétique (CEM). Elle vise à sensibiliser les élèves sur les perturbations électromagnétiques conduites et rayinnées générées par les convertisseurs de puissance et les solutions à apporter pour les réduire. Une intervention d’un expert CEM issue de l’industrie est prévue sous forme d'une conférence sur les problématiques CEM rencontrées dans l’industrie automobile ou aéronautique.

Contenu des enseignements:
- Concepts de base de la CEM : sources, couplages, victimes et normes

- Modèles CEM des sources et des chemins de propagation pour les systèmes d'électronique de puissance

- Analyse d'un cas d'école : hacheur Buck, paramètres influents de la CEM

- Filtrage CEM des convertisseurs statiques, dimensionnement des filtres

- Etude du rayonnement électromagnétique des composants de puissance - modèles d'émissions rayonnées

-Instrumentation en CEM: Capteurs, appareils de mesure

- Bureau d'étude: Dimensionnement d'un blindage en champ proche en utilisant un outil logiciel de modélisation électromagnétique.

Connaissances en électronique de puissance et en électromagnétisme.

Décembre - Janvier - Février.

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Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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Eric Monmasson Amir Arzandé Emmanuel Hoang.

-Commande des convertisseurs connectés au réseau (topologie générale + contrôle des courants + synchronisation) : Enseignant Monmasson ; Cours 12h -Association panneaux solaires et convertisseurs de puissance : Enseignant Arzandé ; Cours 3h -Association éolienne et convertisseur de puissance : Enseignant Arzandé ; Cours 3h -Insertion des énergies renouvelables au réseau : Enseignant Arzandé ; Cours 3h -Convertisseurs de puissance dans les fermes éoliennes : Enseignant Hoang ; Cours 6h.

L'objectif de ce module est de présenter sous l'angle électrique les deux principaux types de systèmes de génération d'énergie à base de sources renouvelables, à savoir l'éolien et le solaire photovoltaïque. Par ailleurs, une attention particulière est donnée au problème de raccordement de ces unités de génération à base de sources intermittentes au réseau électrique.

Contenus :
-Commande des convertisseurs connectés au réseau (topologie générale + contrôle des courants + synchronisation)
-Association panneaux solaires et convertisseurs de puissance
-Association éolienne et convertisseur de puissance
-Insertion des énergies renouvelables au réseau
-Convertisseurs de puissance dans les fermes éoliennes.

Connaissances de base en électrotechnique.

"Le réseau électrique dans son intégralité" https://laboutique.edpsciences.fr/produit/1069/9782759822287/Le%20reseau%20electrique%20dans%20son%20integralite.

Décembre - Janvier - Février.

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Romaric Landfried Emmanuel Odic.

- Arc électrique : Cours 12h - Décharges électriques : Cours 9h ­- Électrostatique et fiabilité des diélectriques : Cours 3h.

Arc électrique (12h)
­
La physique de l’arc électrique :
o notion de plasma
o modèle d’arc électrique
o phénomènes dans la colonne d’arc et aux électrodes
o grandeurs caractéristiques
o les différents moyens d’amorçage
­
L’arc électrique en tant que défaut :
o Arc série/arc parallèle
o applications/systèmes concernés
o exemple de la montée en tension dans le milieu aéronautique : influence de la pression (détection, arc tracking)
­
La coupure :
o Problématique/contexte
o les dispositifs existants (disjoncteur, contacteur,…)
o études détaillée de 2 systèmes : un disjoncteur et un contacteur

Décharges électriques (9h)
­
Physique des décharges :
o Phénomènes élémentaires : modèle collisionnel, source d’électrons-germe
o Loi de Paschen
o Caractérisation électrique - Modèle de la décharge couronne
o Streamer – Modélisation et approche mathématique
o Décharges partielles
o Détection de décharges électriques : méthodes et cas pratiques
­ Propriétés physicochimiques des décharges électriques à pression atmosphérique :
o Produits de décharges, transfert de matière
o Interaction décharge électrique / isolant

Electrostatique et fiabilité des diélectriques (3h)

­Phénomènes à champ élevé :
o Bandes d’énergie
o Charges électriques dans les isolants réels, considérations énergétiques
­
Claquage électronique et thermique
­
Charge d’espace :
o Injection de charge
o Techniques de mesure
­
Vieillissement :
o Transferts d’énergie
o Volumes libres, exemple.

Physique des plasma-Cours et Application » J.M. Rax, Dunod 2005

« L’arc électrique et ses applications – Tome 1 : étude physique de l’arc » Serge Vacquié, éditions du CNRS 1984

« Plasmas froids de décharge - Propriétés électriques » A-M. Pointu, J. Perrin, J. Jolly, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 2 830 – 1-21

« Gaz isolants » P. Ségur, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique D 2 530 − 1-33

J.M. Meek et J.D. Craggs, Electrical breakdown of gases, Wiley Science, 1978

« Les diélectriques » R. Coelho, B. Aladenize, Hermès 1993

“Electrical degradation and breakdown

Décembre - Janvier - Février.

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Olivier Bethoux Clément Mayet.

-Étude systémique et sa représentation : enseignant Bethoux ; Cours 2h -Structuration de la commande : enseignant Mayet ; Cours 2h -Exemples élémentaires et progressifs 1 : enseignant Bethoux ; TD 2h -Exemples élémentaires et progressifs 2 : enseignant Mayet ; TD 2h -Exemples élémentaires et progressifs 3 (avec nœud énergétique et nombre insuffisant de variables de réglage - ex : convertisseur DC-DC avec filtre d'entrée résonant) : enseignant Bethoux ; TD 2h -Exemples élémentaires et progressifs 4 : enseignant Mayet ; Cours 2h -Étude et simulation d'un système multiphysique complexe en autonomie partielle (2/3 encadré, 1/3 non encadré) : enseignants Bethoux, Mayet ; TP 6h encadré, 3h non encadré -Évaluation pratique : enseignants Bethoux, Mayet ; TP 2h -Analyse d'un article scientifique utilisant la REM : Projet 3h.

Étude systémique et sa représentation (étapes nécessaires à l'étude d'un système, causalité intégrale et systémique, modélisation, éléments constitutifs de la REM, résolution des conflits d'association, exemples)

Structuration de la commande (règles d'inversion, structure maximale de commande (SMC), structure pratique de commande (SPC), coefficients de distribution et de pondération de l'énergie, exemples)

Exemples élémentaires et progressifs 1 (sans nœud énergétique - ex : applications photovoltaïques)

Exemples élémentaires et progressifs 2 (avec nœud énergétique et variable de réglage surabondante - ex : véhicules hybrides)

Exemples élémentaires et progressifs 3 (avec nœud énergétique et nombre insuffisant de variables de réglage - ex : convertisseur DC-DC avec filtre d'entrée résonant)

Exemples élémentaires et progressifs 4 (de la SMC vers la SPC - ex : observateur, estimateur, etc.)

Étude et simulation d'un système multiphysique complexe en autonomie partielle (2/3 encadré, 1/3 non encadré)

Évaluation pratique

Analyse d'un article scientifique utilisant la REM.

Connaitre les modèles orientés commande des composants classiques du génie électrique

Être capable de synthétiser un correcteur de type PI;

Être familiarisé avec Matlab-Simulink.

- W. Lhomme, P. Delarue, A. Bouscayrol, P. Barrade, "La REM, formalisme multiphysique de commande des systèmes énergétiques", Techniques de l'ingénieur, 10 Novembre 2014. - A. Bouscayrol, J.-P. Hautier, B. Lemaire-Semail, "Graphic formalism for the control of multi-physical energetic systems: COG and EMR", Systemic Design Methodologies for Electrical Energy Systems, Hoboken, NJ, USA, Viley, 2012. - J.P. Hautier, P.J. Barre, "The causal ordering graph - A tool for modelling and control law synthesis", Journal of studies in informatics and control, vol. 13, no. 4, pp. 265-283, December 2004. -

Décembre - Janvier - Février.

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Guillaume Krebs Loïc Queval Amir Arzandé.

-Introduction à la machine à réluctance variable et à la modélisation par éléments finis : Enseignants Arzandé, Quéval ; Cours 2h -Modélisation EF (FEMM ou Comsol ou Flux) MRV : Enseignants Arzandé, Quéval ; Cours 7h -Modélisation Simulink machine : Enseignants Krebs, Quéval ; Cours 3h -Modélisation Simulink du convertisseur (demi-pont asymétrique): Enseignants Krebs, Quéval ; Cours 4h -Couplage machine + convertisseur : Enseignants Krebs, Quéval ; Cours 8h.

Introduction à la machine à réluctance variable et à la modélisation par éléments finis

Modélisation EF (FEMM ou Comsol ou Flux) MRV
- géométrie, maillage
- matériaux, pertes
- physique (courants + rotation)
- postprocessing (couple et flux)
- cartographies des caractéristiques

Modélisation Simulink machine
- modèle électromagnétique
- modèle mécanique

Modélisation Simulink du convertisseur (demi-pont asymétrique)
- introduction demi-pont
- implémentation en blocs Simulink
- boucle fermée test

Couplage machine + convertisseur
- stratégies de contrôle
- test
- cartographies en boucle fermée (couple et rendement).

Bruit magnétique des machines à reluctance variable", de Jean-Philippe Lecointe

Principe et éléments de dimensionnement des machines à réluctance variable à double saillance autopilotées" Bernard Multon https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00673951/document

Conception et alimentation électronique des machines à réluctance variable à double saillance Bernard Multon https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00447847/file/HDR_Multon_1994.pdf.

Novembre - Décembre - Janvier.

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Vincent Loyau Olivier de la Barrière.

-Pertes par courants de Foucault, pertes dues aux parois de domaines (modèle de Pry et Bean) : Enseignant Loyau ; Cours 4h, TD 4h -Pertes dans les matériaux doux, modèle de Bertotti : Enseignant De La Barrière ; Cours 2h, TD 2h -Mesure des pertes (travaux pratiques) : Enseignant De La Barrière ; TP 8h -Simulation par éléments finis des pertes dans une machine synchrone : Enseignant De La Barrière ; TP 4h.

Ce cours a pour but d'étudier les pertes par courants de Foucault dans les tôles Fe-Si constituant les machines électriques. L’approche se veut progressive,
allant de la vision classique des pertes jusqu’au modèle de Bertotti , en passant par le modèle de Pry et Bean. Dans un premier temps, le matériau ferromagnétique est vu comme un matériau
magnétiquement homogène (caractérisé par sa seule perméabilité) et les pertes classiques sont déterminées. Dans un second temps, une structure régulière en domaine (du type tôle à grains
orientés) est introduite et les courants se développant autour des parois en mouvement sont calculés, ainsi que les pertes associées. Enfin, les calculs sont généralisés pour une structure où les domaines sont orientés aléatoirement (modèle de Bertotti). L’origine des pertes excédentaires variant comme la racine carrée de la fréquence est mise en évidence.

Contenu du cours :
- Pertes par courants de Foucault, pertes dues aux parois de domaines (modèle de Pry et Bean)
- Pertes dans les matériaux doux, modèle de Bertotti
- Mesure des pertes (travaux pratiques)
- Simulation par éléments finis des pertes dans une machine synchrone (TP).

Structure en domaines dans les matériaux ferromagnétiques. Mouvements de parois et rotations de domaines. Cycle d'hystérésis statique.

Ferromagnetism, R.M. Bozorth, IEEE Press, 1978. Hyteresis in Magnetism, Giorgio Bertotti, Academic Press, 1998.

Novembre - Décembre - Janvier.

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Amir Arzandé Trung-Dung Le Jing Dai.

-Cours 1: compteurs électriques, données de consommation et leur utilisation, analyse de la courbe de consommation (3h) -Cours 2: méthodes des statistiques appliquées à l’analyse de la consommation (3h) - Cours 3: méthodes de Machine learning (régressions, KNN, réseaux de neurones, etc.) (3h) -Bureau d’étude: Introduction de Python pour la Data Science (Pandas, ScikitLearn, Jupyter Notebook) (3h) -Bureau d’étude: Reconnaissance d’usages en Python (3h) -Bureau d’étude: Prévision de la consommation en Python (3h).

L’acquisition et l’analyse statistique de données massives variables, ainsi que leur intégration dans des modèles prédictifs, occupent une place centrale dans les systèmes énergétiques. Dans l’exercice de leurs activités, les opérateurs produisent, collectent, exploitent et transmettent d’ores et déjà aux parties prenantes divers types de données pour de nombreux usages. Avec le développement des technologies « smart » et l’augmentation croissante du volume de données collectées, parfois sensibles, de nouvelles opportunités se sont ouvertes pour le secteur. Les élèves doivent apprendre à manier et analyser ces données pour répondre à des problématiques diverses, dont l'identification et l'analyse des usages pour la maîtrise de la consommation d'énergie électrique.

Connaissance de base d’électrotechnique, problème harmonique, la base statistique.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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1. Introduction à l'exergétique / application : récupération de chaleur (2h CM / 1h TD) 2. Application : pompes à chaleur (1,5h CM, 1,5h TD) 3. Application : cogénération (1,5h CM, 1,5h TD) 4. Ressource Solaire /mesure (1,5h CM, 1,5h TD) 5. Capteurs insolateurs, CESI, SSC (1,5h CM, 1,5h TD) 6. Dimensionnement en fonction du lieu – logiciel PVGIS (3h TP/ 12 étudiants) (possiblement déporté vers le module photovoltaïque) 7. Systèmes concentrateurs (1,5h CM, 1,5h TD).

Sur la Terre dont l'environnement est profondément dégradé par les activité humaines et dont les ressources seraient rapidement épuisées par la poursuite des modes de vie et de développement actuels dans le cadre d'une pression démographique insoutenable [1], il est urgent d'adopter des méthodes permettant de faire des choix réalistes pour la conversion et l'utilisation de l'énergie sous contrainte de ressources énergétiques, minérale, agricoles, et environnementales [2, 3].
Ce module vise à donner aux étudiants les bases permettant une approche rationnelle des problèmes posés par la transition énergétique. Il est plus spécifiquement centré sur l'analyse exergétique des procédés de récupération de chaleur (intégration thermique dans les procédés, pompe à chaleur, cogénération…), sur la conversion " lumière-chaleur " (solaire thermique ou hybride) et sur la gestion optimum de l'énergie dans les réseaux incluant des sources renouvelables, des consommateurs, des sources auxiliaires de secours et des moyens de stockage (smartgrid).
Il s'agit pour les étudiant-e-s d'acquérir les connaissances et les méthodes pour la conception et l'analyse des systèmes énergétiques modernes.

• connaissances mathématiques de base • connaissances de la physique macroscopique • énergétique : 1er et 2nd principes de la thermodynamique et leurs conséquences • transferts thermiques : rayonnement, convection et conduction • optique géométrique, ondes et photons.

[1] " Atlas de l'anthropocène " François Gemenne et al. Presses de Siences Po (2019) [2] " L'âge des low tech " Philippe Bihouix coll. Anthropocène - Seuil (2014) [3] " Transition énergétique pour tous, ce que les politiques n'osent pas vous dire " Jean-Marc Jancovici, éditions Odile Jacob, (2011) Selon les besoins de l'étudiant-e et au choix : " Thermodynamique de l'ingénieur " Olivier Cleynen – Framabook " Éléments de thermodynamique technique " de Joseph Martin, Pierre Wauters - UCL Presses Universitaires de Louvain – DUC (2014) " Thermodynamique " de Bernard Diu, Claudine Guthmann,

Novembre;Décembre;Janvier;Février.

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Demba Diallo Claude Delpha Imen Bahri Antoni Arias.

-Diagnostic des systèmes complexes : approches pilotées par modèle analytique ou par les données ; Commandes tolérantes aux défauts : Enseignant Diallo ; Cours 3h, TP : 3h -Commande numérique des actionneurs : problématiques d'implémentation en temps réel sur cibles matérielles : Enseignante Bahri ; Cours 3h, TP : 3h -Diagnostic des systèmes complexes : approches pilotées par modèle analytique ou par les données : Enseignant Delpha ; Cours 3h, TP : 6h -Commande sans capteur des actionneurs électromagnétiques : Enseignant Arias ; Cours 3h, TP : 6h.

Diagnostic des systèmes complexes : approches pilotées par modèle analytique ou par les données ; Commandes tolérantes aux défauts

Commande numérique des actionneurs : problématiques d'implémentation en temps réel sur cibles matérielles

Diagnostic des systèmes complexes : approches pilotées par modèle analytique ou par les données

Commande sans capteur des actionneurs électromagnétiques.

Modélisation des actionneurs électromagnétiques, Méthodes de commande dans les repères fixes et tournants, Représentation d'état continue et discrète, Bases du traitement du signal, Bases de statistique, Matlab/Simulink.

Novembre - Décembre - Janvier.

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Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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Mohamed Gabsi Sami Hlioui Loïc Quéval.

-Principes et structures des machines non-conventionnelles : Enseignant Gabsi ; Cours 12h -Modélisation de machines électriques non conventionnelles par éléments finis : Enseignant Hlioui ; Projet 4,5h -Introduction à l'optimisation des machines non conventionnelles pour une application embarquée : Enseignant Hlioui ; Projet 4,5h -Machines supraconductrices : : Enseignant Quéval ; Cours 3h.

Principes et structures des machines non-conventionnelles :
− machines à réluctance à variable
− machines hybrides
− différents types de machines synchrones : machines à griffes, machines à commutation de flux, machines à double excitation..."

Modélisation de machines électriques non conventionnelles par éléments finis

Introduction à l'optimisation des machines non conventionnelles pour une application embarquée

Machines supraconductrices
- pour quelles applications ?
- machines rotatives et linéaires supraconductrices
- paliers magnétiques supraconducteurs".

Les bases de l'électromagnétisme.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

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Suivi de séminaires et de conférences selon calendrier.

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

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Frédéric Montagard Etienne PERIAL Jerome TOURDIAT.

Décembre - Janvier - Février.

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Atteindre un niveau équivalent B2.

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Le stage doit avoir une durée minimale de 500h et maximale de 924h (environ 6 mois). Il peut être réalisé dans un Laboratoire académique ou dans une entreprise.

Les sujets doivent être validés par le responsable de la formation et doivent correspondre aux objectifs du M2 PIE.

Les stages peuvent s'étendre jusqu'à fin septembre.

Mars - Avril - Mai - Juin - Juillet.