Le cours abordera les points suivants








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date de publication28.12.2016
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COMBUSTION AVANCEE

 

Coordonnateur(s) : Denis Veynante (CNRS)

Intervenant(s) : Nasser Darabiha (ECP), Denis Veynante (CNRS)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Un cours intitulé « combustion », coordonné par Benoît Fiorina (ECP), est dispensé dans le tronc commun et est consacré aux notions de base de la combustion. Le cours « combustion avancée » fait suite à ce cours « combustion » ; son objectif est d’approfondir certains sujets pour apporter des connaissances plus proches de l’état de l’art actuel.

Une large partie est portée sur la combustion en écoulements turbulents et sa modélisation, régime rencontré dans la quasi-totalité des applications industrielles de la combustion (turbines à gaz aéronautiques et terrestres, moteurs automobiles, fours industriels, …). La prise en compte de schémas cinétiques détaillés, peu importante en termes de performances globales mais cruciale pour décrire l’inflammation et l’extinction de flammes ou la formation d’espèces chimiques polluantes, est abordée. Les équations de transport multi-espèces sont également présentées. Enfin, quelques notions de base sur la combustion diphasique sont introduites, ainsi que les hydrocarbures les plus couramment utilisés car présentant un excellent rapport énergie disponible par unité de volume et / ou de masse (essence, gasoil et kérosène liquide).
TURBOMACHINES

 

Coordonnateur(s) : Isabelle Trébinjac (Ecole Centrale Lyon)

Intervenant(s) : Isabelle Trébinjac (Ecole Centrale Lyon)

Durée : 18h hors contrôle

Descriptif :

Cet enseignement a essentiellement pour but de familiariser l’étudiant avec le fonctionnement et le calcul de l’écoulement dans une turbomachine. Après avoir situé la turbomachine dans l’ensemble du propulseur, on détaillera les principaux outils permettant de dessiner une turbomachine, c’est-à-dire de déterminer la géométrie d’un compresseur et d’une turbine répondant à un objectif de performance précis. A cet effet, les notions d’aérodynamique et de thermodynamique seront appliquées aux turbomachines afin d’établir les différentes modélisations de base et d’appréhender les différentes méthodes de calcul (1D, 2D ou 3D, Euler ou Navier-Stockes, stationnaire ou non) utilisables lors d’un dessin de machine.

Le cours abordera les points suivants :

  • La turbine à gaz pour la production d’énergie et pour la propulsion aéronautique.

  • Fonctions, domaine d’application et domaine d’utilisation des turbomachines.

  • Application des formes intégrales des équations de la mécanique aux turbomachines.

  • Analyse aérothermodynamique unidimensionnelle (transformations, rendements, …).

  • Analyse bidimensionnelle dans le plan circonférentiel (triangles de vitesse, équation d’Euler, aérodynamique de l’écoulement au passage des aubages, …).

  • Analyse bidimensionnelle dans le plan méridien (équilibre radial, lois de travail).

  • Analyse de quelques écoulements secondaires 3D (couches limites, tourbillons, jeu, …).

  • Outils de conception : modèle quasi-3D d’écoulement sain, méthodes inverses.

  • Spécificités des compresseurs centrifuges et des turbines.

Les séances de bureau d’étude auront pour but de réaliser la conception d’une machine pour un cahier des charges donné (performances, encombrement, …).
ENJEUX DE L'ENERGIE

 

Coordonnateur(s) : Pascal Da Costa (ECP), Estelle Iacona (ECP)

Intervenant(s) : Pascal Da Costa (ECP), Estelle Iacona (ECP) ; des représentants de plusieurs entreprises et organismes d’envergure internationale interviendront par des conférences thématiques.

Durée : 30h hors contrôle

Descriptif :

Ce cours a pour ambition de présenter un large panorama des différentes problématiques d’ordre technologique, économique, politique, géographique directement liées au contexte énergétique aux échelles mondiale, nationales et locales :

  • L’énergie à l’ère de l’Economie du Développement Durable

  • Etat des lieux énergétique : population, consommation, production, réserves, potentialité des énergies renouvelables

  • Etat des lieux des ressources minérales

  • Marchés européens de l’électricité

  • Etat des lieux économique et prospective mondiale des marchés du nucléaire civil

  • Nouvelles technologies de l’énergie : prospectives, enjeux

  • Prospectives économiques de l’énergie à l’aide des modèles macroéconomiques : modèles de l’AIE et de l’OCDE


CARBURANTS DU FUTUR

 

Coordonnateur(s) : Xavier Montagne (IFP Energies Nouvelles)

Intervenant(s) : Xavier Montagne (IFP Energies Nouvelles)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Le contexte énergétique est en pleine évolution, quel que soit le secteur, et la mutation est tout aussi difficile, voire plus, pour le transport. Depuis de nombreuses années, le monde du transport dépend quasi-exclusivement du pétrole (en 2008, à hauteur de 96%), mais les besoins de mieux contrôler les rejets polluants, de réduire significativement les rejets de gaz à effet de serre et de s’inscrire dans une diversification des ressources bouleversent le paysage du transport. De plus, un arsenal réglementaire de plus en plus contraignant accompagne cette mutation en impactant le transport routier mais aussi le transport aérien et le transport maritime.

Le cours dispensé au travers de ces 15h a la mission de présenter succinctement le contexte énergétique global puis de rapidement s’orienter vers les contraintes du transport. Après avoir décliné ce que signifient les notions de carburants et d’exigences carburants, on travaille selon 3 axes :

  • Les carburants actuels et leurs évolutions futures continues, gouvernées par les exigences des parcs d’automobiles, de poids lourds, d’aéronefs, environnementales, ...

  • Les carburants en rupture qui devront répondre à des modifications technologiques profondes demandées par le marché : on verra que ce volet reste faible car suspendu à des réseaux logistiques difficiles.

  • Les carburants nouveaux issus de différentes sources ou de procédés émergents : biomasse, gaz naturel, gaz de synthèse, gaz issus de la chimie biossourcée, … pouvant être utilisés seuls ou en combinaison. Il faut noter que le futur s’appuiera fortement sur cet axe de développement et qu’il sera nécessaire d’ouvrir le spectre des possibilités énergétiques et leur combinaison.

Le cours servira à sensibiliser les étudiants à tous ces secteurs, à leur donner les grandes bases scientifiques, techniques et sociétales en s’appuyant sur la justification des filières, leurs potentiels de développement et leurs chances de réussite avec les échéances associées. Il s’agit d’un ensemble de cours scientifiques et techniques laissant néanmoins une part importante aux aspects sociaux et socioéconomiques.
MOTEURS THERMIQUES

 

Coordonnateur(s) : Philippe Pierre (IFP Energies Nouvelles (IFPEN))

Intervenant(s) : Philippe Pierre (IFPEN), Cyprien Ternel (IFPEN), Franck Vangraefschèpe (IFPEN), Eric Watel (IFPEN)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Ce cours d’introduction aux moteurs thermiques a pour objectif de donner les limitations et les contraintes théoriques thermodynamiques des moteurs à allumage commandé et Diesel. Il permet d’expliciter les modes de fonctionnement des moteurs 4 temps et 2 temps ainsi que les grandeurs essentielles à l’établissement du cahier des charges d’un moteur actuel en intégrant aussi les contraintes futures. La technologie des moteurs est abordée ainsi les notions de rendements réels et de performances via l’utilisation de systèmes de suralimentation. Les systèmes de combustion sont ensuite expliqués et permettent de donner les éléments clés de conception des chambres de combustion par technologie. Finalement, ce cours aborde le post traitement des gaz d’échappement en expliquant la formation de polluants et les contraintes d’émissions de gaz à effet de serre. Les modes de post traitement actuels et futurs sont ensuite évoqués pour différentes technologies ainsi que leur intégration et les compromis à réaliser.
TRACTION ET PROPULSION ELECTRIQUES

 

Coordonnateur(s) : Jean-Claude Vannier (Supélec)

Intervenant(s) : Stéphane Callet (SNCF), Olivier Dauré (DCNS), Pierrick Guilloux (Alstom)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Le cours de traction et propulsion électriques permet d’aller plus loin dans la problématique de l’énergie embarquée en élevant le niveau de puissance. Ce cours met l’accent sur le besoin d’optimisation des composants et du système ainsi que de sa gestion pour atteindre les objectifs fixés par les différentes missions utilisant ces matériels. Le cours de traction traite de la constitution de la chaîne de traction et de l’infrastructure d’alimentation. Le cours de propulsion est principalement centré sur la propulsion navale électrique. Ce cours est donné par plusieurs intervenants, spécialistes des domaines concernés.

Traction électrique ferroviaire (6h - Alstom Transport) :

  • Type de motorisation (MS, MAS, MCC)

  • Présentation de schémas simples de l’ensemble transformateur-convertisseur-moteur

  • Variateurs de vitesse

  • Données en termes de puissance des moteurs

  • Quantités d’énergie consommées par la SNCF/RATP

  • Exemple du TGV

  • Quelques mots sur le TGV du record de vitesse

  • Contraintes imposées par le TGV sur les infrastructures (réseau électrique mais pas seulement)

  • Types de réseaux électriques utilisés (25kV mono, 1.5 et 3 kV DC)

  • Mode de raccordement au réseau RTE, gestion des charges mono

  • Les harmoniques liés aux convertisseurs

Transports urbains (3h - SNCF) :

  • Gestion d’un parc de transport urbain avec des contraintes énergétiques

  • Projets « biberonnage »

Propulsion navale (6h - DCNS) :

  • Propulsion classique (diesel) / propulsion électrique

  • Avantages / inconvénients des deux solutions

  • Production d’électricité pour la propulsion électrique

  • Architecture d’un réseau de bord pour un navire à propulsion électrique

  • Notions pour le dimensionnement

  • Utilisation du stockage


PILE A COMBUSTIBLE ET FILIERE HYDROGENE

 

Coordonnateur(s) : Pierre Millet (Université Paris Sud)

Intervenant(s) : Pierre Millet (Université Paris Sud)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Objectifs de cet enseignement :

  • Présenter la problématique énergie

  • Faire quelques rappels généraux d’électrochimie (thermodynamique des chaînes galvaniques et cinétique électrochimique)

  • Présenter de manière détaillée la filière hydrogène-énergie (aspects scientifiques et technologiques)

  • Présenter la problématique des carburants de synthèse et la chimie du CO2

  • Décrire l’état de l’art et les perspectives en matière de procédés photo-électrochimiques

Programme de l’enseignement et concepts abordés :

  • Cours 1 : problématique énergie & procédés de transformation ; thermodynamique des chaînes galvaniques

  • Cours 2 : cinétique électrochimique ; procédés de production d’hydrogène

  • Cours 3 : procédés de purification et de stockage d’hydrogène

  • Cours 4 : piles à combustible : principe et technologie

  • Cours 5 : perspectives : carburants de synthèse, procédés photo-électrochimiques

Savoir-faire acquis en fin de cours :

  • Relier la tension d’une cellule électrochimique à la variation d’enthalpie libre d’une réaction chimique

  • Exprimer la cinétique de transfert de charge en fonction de la densité de courant d’échange et des facteurs de symétrie

  • Connaître les principes et les caractéristiques technologiques de l’électrolyse de l’eau, de la perméation de l’hydrogène, de la formation d’hydrures métalliques, du fonctionnement des piles à combustible

  • Décrire les limitations des technologies actuelles et discuter des perspectives en termes de rendement, science des matériaux et procédés

  • Décrire le principe des procédés de fabrication de carburants de synthèse et celui des cellules photo-électrochimiques


ENERGETIQUE DES BATIMENTS

 

Coordonnateur(s) : François Cointe (ECP)

Intervenant(s) : François Cointe (ECP)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Les transferts thermiques dans le bâtiment :

  • Conduction, convection, rayonnement solaire et infrarouge, psychrométrie : modélisation et mesure des échanges thermiques dans les bâtiments.

Confort thermique - Construire avec le climat :

  • Equations d’équilibre thermique de l’organisme. Température effective ressentie.

  • Construire avec le climat : climat tropical humide, climat désertique, climat méditerranéen.

  • Adaptation au climat de l’habitat traditionnel et exemples contemporains : rectorat de la Martinique, Eastgate Center à Harare, Pearl Academy à Jaipur, …

Concevoir les bâtiments zéro énergie :

  • Logements : isolation thermique, ventilation, confort d’été et protection solaire. Etudes de cas: logements étudiants cité Vert Bois à Montpellier, quartier Bedzed à Londres, écoquartier de Fribourg, …

  • Bureaux et tertiaire : climatisation et free-cooling, éclairage, intermittence du chauffage. Etudes de cas : bureaux France Avenue à Paris, collège de Mäder au Voralberg, Federal Building à San Francisco, tour Elithis à Dijon, Green Office à Meudon, Sonnenschiff à Fribourg, …

Phénomènes complexes et modélisations thermiques :

  • Les façades double peau : murs Trombe et pariétodynamiques, double peau ventilée.

  • Transfert thermique dans un mur en régime variable, inertie thermique et temps de réponse, modélisations thermiques dynamiques.



ENERGIES RENOUVELABLES

 

Coordonnateur(s) : Marie Ruellan (Université de Cergy-Pontoise), Robert Soler (EDF)

Intervenant(s) : Marie Ruellan (Université de Cergy-Pontoise), Robert Soler (EDF)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Première partie (M. Ruellan - 9h) :

Thèmes clés abordés : ressources renouvelables, technologies de conversion en énergie électrique, aérogénérateurs (caractéristiques des turbines, solutions électrotechniques), stockage d’énergie électrique et solutions possibles.

L’objectif de cette première partie est de fournir aux étudiants une vision des ressources énergétiques renouvelables et des différentes technologies de conversion des ressources primaires renouvelables vers une forme finale électrique.

Les nouveaux moyens de production qui se mettent en place aujourd’hui, ou qui vont s’imposer, exploitent des ressources renouvelables ou fossiles.

Une partie sera consacrée plus particulièrement aux aérogénérateurs, qui exploitent des systèmes de conversion électrotechniques (machines électromagnétiques, électronique de puissance, électrochimie, …).

Une autre partie de cet enseignement traitera plus spécifiquement des techniques de stockage de l’énergie électrique associées aux systèmes de conversion de l’énergie.

Une séance de TD viendra mettre en pratique le cours.

Deuxième partie (R. Soler - 6h) :

Thèmes clés abordés : la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire et la filière solaire thermodynamique à concentration.

L’objectif de cette deuxième partie est de présenter aux étudiants les deux filières de production électrogène à base d’énergie solaire.

Un premier volet est consacré au PhotoVoltaïque (PV) et permettra d’aborder la ressource solaire et sa variabilité, les principes de conversion du rayonnement solaire en électricité, l’état de l’art des différentes technologies, les voies actuelles de R&D, l’exploitation des centrales PV et les enjeux liés à l’intégration au réseau.

Le deuxième volet traite du solaire thermodynamique et aborde les principes de conversion du rayonnement en chaleur puis en électricité, l’intérêt de la concentration, les différentes options technologiques et en particulier le stockage thermique et les possibilités d’hybridation.

PROCEDES DE PRODUCTION D'ENERGIES RENOUVELABLES

 

Coordonnateur(s) : Jean-Claude Vannier (Supélec)

Intervenant(s) : Amir Arzandé (Supélec), Emilien Boucher (Enertime), Xavier Montagne (IFP Energies Nouvelles), Benoît Pueyo (Arcadis), Matthieu Versavel (EDF)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Le cours sur les procédés EnR est l’occasion d’aborder la globalité de la chaîne de mise en œuvre des principales énergies renouvelables abordables sur le plan économique.

Les systèmes solaires photovoltaïques, les biocarburants, la génération éolienne et la production de chaleur et d’électricité à partir de la biomasse sont les formes d’énergie sur lesquelles se concentre ce cours.

Pour chaque thème, après un rappel des principes fondamentaux de la génération d’énergie, sont présentés les différents composants de la chaîne de transformation de l’énergie nécessaires à sa mise en œuvre en tenant compte des cadres techniques et environnementaux. La majorité des intervenants sont des professionnels des secteurs représentés.
FILIERE NUCLEAIRE

 

Coordonnateur(s) : Hervé Cordier (EDF)

Intervenant(s) : Hervé Cordier (EDF), Nicole Dellero (Areva), Pascal Yvon (CEA)

Durée : 18h hors contrôle

Descriptif :

Le but de ce cours est de fournir aux étudiants les bases techniques permettant d’appréhender le domaine de la production d’énergie nucléaire dans sa globalité.

Cet objectif est atteint :

  • En donnant les bases des principaux domaines scientifiques couverts par le domaine de l’énergie nucléaire, à savoir la neutronique, la thermohydraulique, l’électricité, la chimie, la radiochimie et le génie des matériaux,

  • En montrant comment ces connaissances sont appliquées dans les principaux domaines du nucléaire (cycle du combustible, production d’électricité, durée de vie des matériels, …).

Bien que la filière REP serve de base au cours, d’autres filières sont abordées (UNGG, REB, RNR, Gen IV).

Le point de vue adopté est de considérer l’étudiant comme un futur chef de projet de l’industrie nucléaire et de lui donner les éléments permettant de discuter avec les spécialistes des différents domaines techniques de cette industrie (ex : neutronicien, thermohydraulicien, électricien, chimiste, spécialiste de l’environnement, ...).

A l’issue de ce cours, les élèves possèdent les bases indispensables pour appréhender, s’ils le désirent, les autres cours à dominante nucléaire de l’Option Energie (ex : ingénierie thermohydraulique nucléaire, cycle du combustible nucléaire, …).

Ce cours est structuré en 3 parties distinctes : « réacteurs nucléaires », « irradiation des matériaux » et « cycle du combustible ».

A l’issue de ce cours, l’étudiant est capable :

  • D’échanger des points de vue techniques avec n’importe quel spécialiste d’un domaine de l’industrie nucléaire,

  • D’avoir une vision d’ensemble des contraintes qui existent dans le domaine nucléaire,

  • D’avoir une vision multidisciplinaire d’un problème pouvant apparaître dans l’industrie nucléaire.


CYCLE DU COMBUSTIBLE NUCLEAIRE

 

Coordonnateur(s) : Jean-Luc Salanave (Areva), Pascal Yvon (CEA)

Intervenant(s) : Jean-Luc Salanave (Areva – parties 1, 2, 3 et 5), Pascal Yvon (CEA – partie 4)

Durée : 15h hors contrôle

Descriptif :

Ce cours a pour ambition de fournir les connaissances techniques de base sur le(s) cycle(s) du combustible nucléaire. Il est organisé en 5 parties (de 3h chacune) :

  • Partie 1 : introduction : le « combustible » nucléaire ; bases sur la chimie de l’uranium et des actinides ; propriétés redox ; radioactivité ; cycles ouvert/fermé ; économie globale du cycle ; radiotoxicité long terme des déchets.

  • Partie 2 : exploitation minière de l’uranium et conversion chimique : histoire de l’uranium ; ressources mondiales ; marché ; économie/prix ; exploration ; extraction ; concentration en « yellow cake » ; conversion en UF6 .

  • Partie 3 : enrichissement isotopique : l’UTS (Unité technique et commerciale du Travail de Séparation isotopique) ; marché ; acteurs mondiaux ; aspects économiques ; généralités théoriques sur la diffusion gazeuse, la centrifugation et d’autres procédés.

  • Partie 4 : conception, fabrication et comportement en réacteur de l’assemblage combustible et de ses matériaux.

  • Partie 5 : traitement et recyclage du combustible usé : stratégies et logiques (traitement ou non, recyclage ou non) ; capacités mondiales ; caractéristiques du combustible usé ; procédé PUREX d’extraction liquide/liquide de l’uranium et du plutonium ; vitrification des déchets de haute activité ; scénarios de gestion long terme des déchets.

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