Fournir un panorama des technologies utilisées dans l'Internet des objets avec un focus sur la technologie IEEE802.15.4e Times Synchronized Channel Hoping. Présentation des techniques de radiolocalisation et de navigation en réseau de capteurs.
L'internet des objets se développe à une telle vistesse qu'il est facile de se perdre dans la quantité de technologies disponibles. Ce module de 5 jours a pour but de donner une introduction complète des solutions qui existent aujourd'hui. Un accent particulier sera mis sur les use-cases réels, avec de nombreux exemples tires de déploiements réels. Puis 2 jours sont consacrés à la localisation dans les réseaux capteurs. Les cours magistraux seront donnés le matin, chaque après-midi étant dédié aux travaux pratiques sur le matériel Dust Networks.

 

Contraintes d'installation d'un équipement dans un aéronef, du point de vue de l'équipementier et de l'avionneur.

Avant le 17ème siècle on caractérisait un fluide par son absence de résistance au cisaillement. Depuis Newton, on connaît la notion de viscosité et ses effets sur les écoulements. Les fluides dont on pouvait négliger les effets visqueux ont été qualifiés de "parfaits", les autres sont devenus … "réels". Le succés de ces deux modèles est étroitement lié aux développements industriels du 19ème et du début du 20ème siècle : hydrodynamique et industrie navale, aérodynamique et industrie aéronautique, combustion et machines thermiques …
Si le modèle de fluide Newtonien s'est révélé être une très bonne approximation du comportement de l'air ou de l'eau, rares sont les fluides qui nous entourent, qui obéissent à cette modélisation :  On les appelle souvent les FLUIDES COMPLEXES.

Cours, exercices et mini-projet expérimental en classe, sur la matière granulaire.
La matière en grains est omniprésente dans notre univers quotidien, sous toutes les formes. Les milieux granulaires présentent une exceptionnelle variété de comportements et de propriétés : assez solides pour supporter le poids d’un immeuble, ils peuvent aussi s’écouler comme de l’eau dans un sablier ou être transportés par le vent sur des très grandes distances. Le monde industriel traite de très grandes quantités de matière granulaire et doit faire face aux nombreux problèmes spécifiques associés à sa manipulation ou sa mise en œuvre dans les procédés de production. Pour être comprise et décrite dans sa globalité, la diversité de comportements des milieux granulaires appelle des modélisations théoriques issues de plusieurs champs disciplinaires.

La physique quantique est une des plus belles aventures intellectuelles de l’histoire de l’humanité. Face à l’évidence expérimentale que les processus phénoménologiques au niveau microscopique n’étaient pas explicables par les concepts de physique classique, les scientifiques du début du siècle dernier ont dû créer une nouvelle structure de raisonnement, qui a pris le nom de physique quantique. Les impacts d’une telle théorie ont été très nombreux, et s’étalent de la philosophique jusqu’aux  applications technologiques, comme la physique des semiconducteurs ou le laser, en passant par la physique théorique. La physique quantique, véritable phare de la physique moderne, permet d’éclairer les phénomènes physiques à l’échelle élémentaire.

De plus, les connaissances acquises dans ce cours seront indispensables aux élèves ingénieurs pour suivre un grand nombre des cours en aval dans leurs parcours. Ce cours représente une véritable introduction à la physique moderne à la base de la plupart de nos technologies. Sa connaissance se révèle indispensable à tout ingénieur.

Ce cours sera basé sur des supports vidéos. En particulier, les premières six séances de ce cours s’appuieront sur le MOOC (Massive Open Online Courses) « Introduction à la physique quantique » disponible sur la plateforme « France Université Numérique » :
https://www.fun-mooc.fr/courses/ENSTA/73001S02/session02/about

Les six dernières séances s’appuieront sur des vidéos en SPOC (Small Private Online Courses).

De plus, dans ce cours nous utiliserons systématiquement des boitiers de vote électronique distribués préalablement, qui permettront aux élèves de vérifier leurs compréhension des concepts traités à chaque séance.

Dans le prolongement du cours de physique quantique, ce module d'enseignement présente la théorie des gaz parfaits classiques et quantiques.
L'un des objectif est d'assoir les acquis brumeux des classes préparatoires sur de solides bases microscopiques. Ce cours peut arriver en conclusion d'un parcours de tronc commun de physique ou se révéler l'initiateur d'études plus avancées (systèmes en interactions ou physique des plasmas).

La première partie du cours présente les différents aspects de l’ingénierie de transport ou de transformation des matières premières tout  au long de la filière de production des produits d’origine pétrolière.
      Après une présentation générale des principaux chiffres , le cours reprend la séparation conventionnelle entre amont pétrolier : exploration et production d’une part, et l’aval pétrolier : raffinage, distribution et pétrochimie d’autre part. Dans chaque segment, le cours  présente l’organisation générale de la chaîne  de production. Exercices et projets  permettent de focaliser sur les technologies mises en œuvre.
     Dans l’aval pétrolier, la chaîne technologique correspond au concept classique de procédé tel qu’on l’entend d’une façon générale en chimie industrielle. Le cours  présente donc la filiation des produits majeurs du marché, l’évolution actuelle des enjeux  économiques et technologiques, puis on entre dans le détail d’un certain nombre d’opérations unitaires caractéristiques du secteur.
      L’amont pétrolier présente une ingénierie de production tout à fait originale. Elle est  profondément marquée par la  confrontation directe avec les processus naturels. Cela vaut aussi bien pour les opérations de surface, fréquemment opérées  dans des conditions extrêmes, que pour les opérations de fond, qui  portent sur des objets de dimensions kilométriques ( les réservoirs naturels )  dont la variabilité et la complexité sont sans comparaison avec les plus gros réacteurs industriels. D’où un secteur où les investissements sont énormes, secteur qui reste en évolution technologique rapide et donc gros consommateur d’ingénierie.
Le gaz est devenu l’une des première ressource énergétique de la planète. Les deux séances de cours consacrées à ce secteur présenteront les spécificités des méthodes de ce secteur de l’énergie. Elles seront assurées par des ingénieurs de Gdf-Suez.
La dernière partie du cours, enfin, abordera la filière biocarburants. Celle-ci se trouve à la croisée de problématiques diverses et parfois contradictoires : agricoles, énergétiques, environnementales, industrielles et fiscales. C’est pourquoi les biocarburants donnent lieu à des débats passionnés. L’objectif du cours sera de présenter de la façon la plus exhaustive les biocarburants d’aujourd’hui et de demain et ainsi de contribuer à approfondir les connaissance sur l’ensemble de la filière, des champs de blé ou de colza et bientôt des productions forestières et des cultures énergétiques, à la pompe et in fine à l’automobiliste.

Le cours propose aux futurs ingénieurs la vision des principaux acteurs français et internationaux qui sont au cœur de la transition énergétique mondiale sur les enjeux et réalités techniques et économiques des énergies renouvelables, des réseaux et moyens de stockage associés ainsi qu'une vision contextuelle (besoins énergétiques mondiaux, économie et efficacité énergétique)"

Les étudiants sont mis en contact avec des professionnels de l’industrie de l’énergie, dont les différentes visions se croisent et se complètent : Ministère de l'économie, RTE, syndicat des énergies renouvelables, DCNS, industriels, laboratoires, capital risque, startups, développeurs …

En complément du cours (comptant pour l'évaluation) et application pratique, il est demandé aux étudiants de s’investir par trinômes dans une étude de cas approfondie, qui sera présentée devant un jury, et éventuellement mise en ligne.

La combustion assure 90% de l'apport énergétique mondial, 70% de la production d'électricité et 97% des transports pour atteindre 100% pour l'aéronautique. Par delà les diverses polémiques vaines et stériles, un principe s'impose à nous : le principe de réalité. Ainsi, l'avion solaire capable de transporter 500 passagers à l'autre bout de la planète en quelques heures n'est pas né. D'autres exemples pourraient être avancés, chiffres à l'appui. Un des buts du cours est de présenter les tenants et aboutissants des thématiques énergie(s) et environnement ainsi que leurs interactions : formations des polluants, les procédés de dépollution, les alternatives énergétiques, les carburants du futur, les risques chimiques associés. La raréfaction des énergies fossiles conventionnelles (pétrole et gaz naturel) à l’horizon 2050 et l’augmentation des coûts qui va en découler font qu’il faut trouver des alternatives énergétiques crédibles. En fait, les énergies fossiles subsistantes (charbons, hydrates de méthane, schistes bitumineux, sables asphaltiques) pourraient assurer les besoins énergétiques de la planète pour plusieurs siècles, voire millénaires, mais ceci ne pourrait se faire sans nuire à l’environnement du fait des émissions de polluants formés lors de la combustion de ces combustibles non renouvelables. Les polluants primaires émis sont de diverses natures chimiques : dioxyde de carbone (CO2), monoxyde de carbone (CO), oxydes d’azote (NOx), HC (imbrûlés), Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), Composés Organiques Volatils (COV). Ces sujets et d'autres seront abordés et certains seront traités dans le cadre de projets.

Dans un contexte en pleine évolution, l'utilisation de l'hydrogène en tant que vecteur énergétique est une des voies devant permettre d'utiliser de façon flexible toute sorte de source primaire d'énergie, quelles soient continues (biomasse, énergie nucléaire,...) ou non (énergie éolienne ou photovoltaïque, par exemple).
Produit par l'intermédiaire de nombreux procédés, l'hydrogène peut ensuite être utilisé dans une combustion directe ou aux travers de piles à combustibles.
Le cours abordera aussi bien l'aspect de la production que l'aspect de la restitution de l'énergie. Il insistera également sur les problèmes posés par le transport et le stockage de l'hydrogène, ce point étant un verrou majeur de la filière.

Le cours s'achèvera par un mini-projet consacré à l'étude technique et environnementale d'aspects techniques de la filière, l'amenant à prendre conscience des difficultés techniques et des verrous technologiques présents.

Un cours sur les batteries sera donné en complément de cette formation hydrogène

Ce cours comporte deux parties.

 

1. Optimisation continue

Apprendre à reconnaître et à modéliser des problèmes d'optimisation continue. Prendre conscience des enjeux économiques et environnementaux de ces problèmes.
Apprendre à utiliser les principaux outils de l'optimisation continue pour des problèmes avec ou sans contraintes: méthodes de gradients, algorithmes, notion de dualité.
Le cours s'appuiera sur des exemples concrets du domaine des énergies.
Les différentes méthodes seront présentées du point de vue de leur utilité et de leur utilisation.

 

2. Optimisation discrète

A partir d'un problème concret, la localisation d'équipements, on apprendra à modéliser des problèmes de recherche opérationnelle, plus spécifiquement, d'optimisation combinatoire en variables entières ou 0-1. Les principaux outils de la RO seront présentés et utilisés : programmation linéaire, branch and bound,  heuristiques, relaxation, linéarisation.
L'un des objectifs du cours est de faire prendre conscience des enjeux économiques et environnementaux de ces problèmes.

Le cours s'appuiera sur des exemples concrets du domaine des énergies.
Les différentes méthodes seront présentées du point de vue de leur utilité et de leur utilisation.

 

Deux conférences seront assurées par des industriels du secteur (EDF et/ou ENGIE et/ou Air Liquide et/ou RTE et/ou CEA).

Il y aura deux groupes de projet, l'un portant sur l'optimisation continue et l'autre sur l'optimisation combinatoire, ainsi qu'une conférence industrielle (EDF).

Groupe Optimisation continue (Opti): Ce cours sera consacré à la réalisation d'un projet autour de la gestion des réserves d'eau. Dans de nombreuses régions l'eau est utilisée pour l'irrigation des exploitations agricoles, pour la consommation des populations et pour la production de l'énergie. Parfois, l'eau des mêmes bassins naturels est exploitée par plusieurs pays voisins. Cela nécessite l'élaboration des politiques de collaboration complexes dans l'utilisation des réserves disponibles, surtout dans les zones où elles sont insuffisantes. Dans la continuation des enseignements du cours A9-1 le projet portera sur l'étude des problèmes d'optimisation à objectifs multiples qui se posent dans ce domaine. Il permettra d'approfondir les connaissances des méthodes d'optimisation en introduisant des problèmes avec plusieurs objectifs concurrents. Plusieurs approches de résolution de tels problèmes seront proposées et appliquées au cas d'étude de gestion d'un bassin d'eau en Asie Centrale..

Groupe Optimisation combinatoire (RO).
Ce cours sera consacrée à la réalisation d'un projet d'optimisation, cette année, sur les économies d'énergie à réaliser dans le transport aérien lors de l'atterrissage et du décollage des avions.
- modélisation mathématique d'un problème
- apprentissage de l'utilisation des logiciels d'optimisation combinatoire: CPLEX  (+AMPL).
- étude de cas et résolution du problème associé par différentes approches.
- présentation d'une méta-heuristique

La qualité de l'eau est une problématique centrale dans le domaine de l'environnement; qu'il s'agisse d'eau potable ou de rejets industriels, les exigences sur l'eau demande un effort constant de la part des industriels et des organismes de contrôle. Ce cours apporte une approche industrielle sur les techniques de purification de l'eau utilisées aussi bien dans la production d'eau potable que dans le traitement des rejets urbains et industriels. Dispensé par des intervenants industriels du domaine, il abordera les techniques de floculation, filtration ainsi que les traitements biologiques. Des présentations sur les réseaux de distribution et le problème des ressources en eau potable vous permettront d'élargir votre vision du domaine. Plusieurs séances de ce cours seront consacrées à la modélisation et au dimensionnement d'unités de potabilisation et d'assainissement. Une visite d'une unité de production d'eau potable est prévue dans le cadre de ce cours. L'évaluation finale du cours se fera sous la forme d'un projet incluant des opérations de dimensionnement d'unités industrielles.

Ce cours porte sur différents aspects de la gestion des problématiques environnementales liées à la production d'énergie. Y sont abordés, d'une part, les procédures d'audit environnemental, les outils du bilan carbone et de l'analyse du cycle de vie et, d'autre part, les technologies de traitement des effluents et déchets industriels : incinération et traitements alternatifs, traitement des effluents pétroliers, captage stockage et valorisation du CO2. Le cours se termine par la présentation faite par les élèves d'un exposé sur un thème choisi.