Syllabus Habilitation 2011-2016 UNIVERSITE PAUL SABATIER - TOULOUSE SYLLABUS MASTER SCIENCES, TECHNOLOGIES ET SANTE Mention Physique Licence 3 Parcours Physique Appliquée à l Energie PAE Documents reçus au SCUIO-IP au titre de l année universitaire 2014 / 2015
LICENCE de PHYSIQUE L3 Physique et Applications à l'energie (L3PAE) Responsable : S. DUTOUR Laboratoire Plasma et Conversion d'energie sebastien.dutour@laplace.univ-tlse.fr
Objectifs et spécificités du parcours Une formation de physique accordant une place prépondérante à une physique des milieux continus (thermodynamique, transferts thermiques, mécanique des fluides, ondes, électromagnétisme) complétée par des bases en physique statistique. La découverte de diverses applications de la physique ou de domaines à l interface avec d autres disciplines : astrophysique, instrumentation, climatologie, épistémologie, Un projet en lien avec un enjeu de société : l'utilisation rationnelle de l'énergie.
Poursuites d'etudes MASTERS de Physique axés sur la physique appliquée (Energie, Habitat, Acoustique, Astrophysique, Sciences de l Atmosphère et de l Océan, Physique du Vivant et de la Santé, EEA ). À Toulouse : M1 Atmosphère Océan Continent (AOC) M1 Physique Chimie pour le Vivant et la Santé (PCVS) M1 Energétique de l Habitat M1 Diagnostic instrumentation mesure (DIM) M1 Geosciences: Terre, Planètes, Ressources, Matériaux M1 Mécanique Energétique +M2 Dynamique des Fluides, Energétique &Transferts (DFET) Ailleurs : M1 Acoustique, Université du Mans M1 Energie Solaire, Université de Perpignan M1 Mécanique et Ingénierie Spécialité Energétique à Bordeaux + M2 spécialité Energie et Développement ECOLES D'INGENIEUR : E.N.Méteo, Polytech Marseille, ENSEEIHT, ENSEM Nancy, ENSIACET Autres : Enseignement, Journalisme Scientifique, Communication, Génie civil, EEA, Urbanisme,...
Descriptif des UE spécifiques du parcours L3PAE UE Physique Énergétique I 9 ECTS 108h : 39h Cours + 39h TD + 30h TP Objectifs : Il s'agit d'introduire et de rendre fonctionnel un ensemble de connaissances théoriques en thermodynamique axiomatique, transferts thermiques et dynamique des fluides pour développer les capacités d'analyse des situations impliquant des processus thermiques (avec ou sans changement de phase), le mouvement d'un milieu fluide, le niveau de complexité pouvant aller jusqu'à des couplages entre ces phénomènes (écoulements convectifs). Sous module «Thermodynamique et Transferts Thermiques» 24h Cours + 24h TD Contenu : Rappels approfondis des fondements de la thermodynamique axiomatique, transition de phase liquidevapeur (métastabilité, rôle de l'interface); Vers le hors-équilibre : conservation de l énergie dans les milieux continus, système ouvert. Bases de la physique des transferts de chaleur : rayonnement, diffusion, advection. Applications, selon une approche système ouvert, concernant les principaux exemples de machines thermiques (moteurs, compresseurs, turbines, pompes à chaleurs, etc); Sous module «Dynamique des Fluides» (mutualisé avec le parcours Sciences Physique et Chimique) 15h Cours + 15h TD Contenu : Approche macroscopique du milieu fluide : introduction du concept physique de "milieu fluide"; notion de diffusion moléculaire; dynamiques des écoulements incompressibles de fluides visqueux Newtonien; équations de Navier-Stokes; Efforts exercés par un fluide sur un corps immergé. Sous module «Travaux pratique s» (mutualisé avec le parcours Spécialité Physique) : TP 30h Contenu : 5 TP thermodynamique et transferts (rayonnement thermique, isothermes d'andrew, cellule à effet Peltier, maquette modèle d'habitat, machine frigorifique) + 2 TP de mécanique des fluides (Banc hydraulique, Etude d'un courant de gravité et d'ondes orographiques -veine d'essai du CNRM) + 1 atelier (6h)«Convection naturelle : étude et modélisation d'une couche limite convective proche d'une paroi chauffée verticale». UE Outils mathématiques et informatiques pour la Physique 9 ECTS 72h : 18h Cours + 24h TD + 30h TP Objectifs : Il s'agit de fournir les outils mathématiques de soutien aux modules de physique de la formation, d'introduire des techniques numériques élémentaires pour la résolution d'équations différentielles et de résoudre des problèmes de physique par l'emploi d'outils informatiques de calcul et de visualisation scientifique. Sous module : Mathématiques appliquées à la Physique 6 ECTS 42h : 18h Cours + 24h TD Contenu : Fonctions Eulériennes; Equations différentielles et résolution des systèmes par la transformation de Laplace et les méthodes matricielles; Séries de Fourier et transformation de Fourier, applications aux signaux périodiques; Équations aux dérivées partielles; Introduction aux probabilités. Sous module : Informatique et calcul scientifique 3 ECTS 30h TP Contenu : Introduction aux outils et aux pratiques du calcul scientifique. Compléments sur les systèmes d exploitations. Introduction au langage C; Bibliothèque scientifique réalisation et mise en œuvre. Approche pédagogique : L enseignement se fait sous forme de Cours-TD d une part et d'une partie TP sur ordinateur (TPO) pour amener les étudiants à un niveau d'appropriation (opératoire) des méthodes et outils à partir d'illustrations issues de domaines de la physique.
UE Science Contemporaine : approche historique et épistémologique 3 ECTS 36h : 12h Cours +12 h TD+ 12h TP Objectifs : Comprendre, à partir de l histoire des sciences et des pratiques scientifiques et techniques, les développements de la science contemporaine et ses enjeux éthiques et politiques. Contenu : (i) les techniques du vide, du XVIIe siècle au XIXe siècle (tubes à vide, phénomènes de phosphorescence et d électroluminescence), la découverte de l électron, les rayons X, la radioactivité; qu est-ce qu une particule élémentaire : un concept ou un objet? (ii) la mesure de la vitesse de la lumière de Galilée à aujourd hui : la question de l éther, la relativité; une théorie scientifique nous dit-elle quelque chose du réel? (iii) les grands laboratoires de recherche, de la fin du XIXe siècle à nos jours, la «big science» (les programmes de recherche mondiaux), le projet Manhattan (la maîtrise de l énergie atomique); science éthique et société. Approche pédagogique : L enseignement se fait sous forme de Cours, TD et TP. Les travaux dirigés, organisés à partir d exercices, permettront la mobilisation des contenus théoriques (scientifiques, historiques et épistémologiques) introduits en cours. Les travaux pratiques seront l occasion d étudier à partir de textes historiques et contemporains (compte-rendu d expérience scientifique, correspondances épistolaires entre savants, ) comment la science se fait au quotidien. UE - Utilisation rationnelle de l'energie, Projet 6 ECTS 54h : 18h Cours + 36h TP Objectifs : Impliquer les étudiants dans leur formation par le biais d'un approfondissement de leur culture scientifique sur l'enjeu de société qu'est l'utilisation rationnelle de l'énergie; Utiliser une démarche projet/étude, pour mettre les étudiants face une problématique impliquant plusieurs branches de la physique et dont la résolution mobilisera, dans l'action, les connaissances scientifiques dans le domaines de la physique et de l'instrumentation ainsi que l'ensemble des savoirs-faire (outils mathématiques et informatiques, TICE, communication écrite et orale,...) acquis dans l'année (et auparavant). Sous module : Utilisation de l'energie dans la société 2 ECTS 18h Cours Contenu : Porteurs d'énergie: État des lieux et contexte; Les énergie fossiles. Le cycle de carbone. Capter, stocker ou transformer le CO2. Centrale nucléaire, nouveaux réacteurs et fusion. La radioactivité naturelle et déchets nucléaires; Aspects fondamentaux à la maîtrise de l énergie : le porteur d énergie, le transport, la conversion, la transformation et stockage de l énergie; rendement énergétique; L énergie renouvelable : centrale hydroélectrique, énergie géothermique, biomasse, bio gaz et bio carburant, l éolienne et hydrolienne, l énergie marémotrice et la houle. L énergie solaire thermique, photovoltaïque, électricité solaire thermique.; Utilisation rationnelle de l énergie : économie d énergie par l informatique et réseau de communication ou par l utilisation de la technologie existante. Perspectives d innovation des nanotechnologies dans l utilisation de l énergie. La voiture du futur: nouvelle innovation du moteur thermique, moteur électrique, moteur à pression d air. L habitat du futur : maison sans chauffage et autonome en électricité. Réduction des déchet et réutilisation des matériaux des produits fin de vie. Urbanisation maîtrisée et transport en commun. Sous module : Projet 4 ECTS 36h atelier + 48 h travail personnel Contenu : Choix d'un thème ou d'une tâche associée à un thème; Élaboration et réalisation de la démarche expérimentale/modélisation; Présentation (rédaction, oral). Approche pédagogique : Un créneau horaire long (2*3h) sera dédié dans la semaine à ce module. L'enseignement commencera par 18h de cours sur l'utilisation de l'énergie dans la société de façon à donner les clés du contexte énergétique ainsi qu'un aperçu des applications (et leur positionnement dans leur contexte sociétal) en lien avec la thématique. Puis, il se prolongera naturellement vers la partie projet. Celle-ci se déroulera en binômes ou petits groupes d'étudiants. En plus d'une demande de travail personnel, une séance-atelier de 4h impliquant étudiants et enseignants sera maintenue chaque semaine pour le lancement et le suivi des projets.