Description du cours

Intitulé de l'Unité d'Enseignement

Electricité

Code de l'Unité d'Enseignement

13UST12

Année académique

2023 - 2024

Cycle

BAC

Nombre de crédits

3

Nombre heures

30

Quadrimestre

2

Pondération

Site

Anjou

Langue d'enseignement

Français

Enseignant responsable

FRANCIS Laurent

Objectifs et contribution de l'Unité d'Enseignement au programme

Le cours couvre les grands principes de l’électricité en tant que branche de la physique (électrostatique, électrocinétique et électromagnétisme) et l’analyse du comportement des circuits électriques en régimes continus, transitoires et alternatifs. Une attention particulière est apportée à aborder des cas applicatifs concrets, pertinents pour le développement économique et/ou technologique de la société. Une analyse critique par rapport aux objectifs du développement durable est mise en exergue afin de stimuler la réflexion de l'étudiant.

Le cours vise à montrer les aspects applicatifs des notions théoriques dans des cas simples et notamment à comprendre et quantifier la génération, le transport, la conversion et le stockage de l'énergie électrique, en ce y compris les sources renouvelables et non renouvelables. Le cours doit permettre à l’ingénieur commercial d’utiliser sa compréhension de l’électricité et des circuits électriques dans des situations concrètes.

Les learning goals et learning objectives du cours sont décrits ci-après.

1. Avoir acquis des savoirs disciplinaires généraux et des outils nécessaires au métier de l’ingénieur commercial
Au terme de sa formation l’étudiant est :
- capable de restituer des savoirs et de les recontextualiser dans une situation donnée.

Des concepts généraux de l’électricité et de ses applications sont décrits lors d’exposés magistraux et au travers de cas d'étude. Une évaluation continuée de ceux-ci se fait via la présentation et le rapport des cas d'étude et par un examen individuel écrit où il est demandé aux étudiants de restituer des contenus synthétisant les acquis du cours et d’appliquer des méthodes de calcul pour des situations données. Une analyse critique des solutions énoncées vis à vis des objectifs du développement durable font partie du contenu et de l'évaluation.

1. Avoir acquis des savoirs disciplinaires généraux et des outils nécessaires au métier de l’ingénieur commercial
Au terme de sa formation l’étudiant est :
- apte à utiliser les outils adéquats pour réaliser un projet défini.

Des cas d'étude sont proposés dans le cadre du cours et travaillés en séance de groupe ou en individuel, selon les cas. Ces cas permettent d'appréhender les différents aspects de l'usage de l'électricité pour le développement économique et/ou technologique de la société. Une évaluation continuée se fait par le biais de l'évaluation des rapports des cas d'étude, la participation active lors des présentations en classe des cas, ainsi qu'un examen individuel écrit à livre ouvert obligeant ainsi les étudiants à comprendre les concepts fondamentaux et à appliquer les outils adéquats en vue d'une analyse complète de situations probables.


OBJECTIFS SPÉCIFIQUES EN TERMES DE SAVOIRS

- Décrire le fonctionnement de composants électriques de base (résistance, capacité et inductance) et lier ce fonctionnement aux principes physiques sous-jacents (champ électrique, champ magnétique, propriétés de la matière).
- Comprendre la modélisation de ces composants et celle de sources d’électricité.
- Comprendre et détailler les notions de stockage et de dissipation de l’énergie électrique.
- Expliquer le fonctionnement dans différents régimes (continu, transitoire, oscillant et alternatif) de circuits électriques simples mettant en œuvre des composants électriques de base et des sources.
- Comprendre les concepts utiles à l’analyse de circuits opérant dans les différents régimes.
- Expliquer les notions de transfert de puissance entre générateurs et récepteurs en régimes continus et alternatifs, et sur les lignes de transport électrique en régime alternatif.
- Reconnaître des cas pratiques d’application de l’électricité au quotidien et du domaine industriel.
- Expliquer les principaux enjeux en développement durable liés à l'utilisation de l'énergie électrique, tels que les impacts environnementaux, sociaux et économiques.

OBJECTIFS SPÉCIFIQUES EN TERMES DE SAVOIR-FAIRE

- Manipuler les notions de courant, tension, puissance et énergie.
- Calculer les caractéristiques électriques en régime continu de circuits électriques simples contenant des résistances et des sources de tension.
- Démontrer, expliquer et appliquer les différentes techniques de résolution de circuits.
- Reconnaitre et expliquer les équations différentielles associées aux régimes transitoires et oscillants.
- Appliquer le concept d’impédance et les expressions similaires pour déterminer les valeurs de courant et de tension dans des circuits soumis au régime alternatif sinusoïdal.
- Calculer l’énergie électrique emmagasinée dans des circuits/ structures simples.
- Calculer la puissance échangée entre générateurs et récepteurs électriques dans différentes situations.
- Décrire les technologies relatives à la génération, au transport, à la conversion et au stockage de l'énergie électrique, en ce y compris les sources renouvelables et non renouvelables.
- Analyser les impacts environnementaux relatifs aux technologies relatives à la génération, au transport, à la conversion et au stockage de l'énergie électrique, en ce y compris les sources renouvelables et non renouvelables.

Prérequis et corequis

Le cours de Mathématiques et en particulier les notions de vecteurs, d’analyse vectorielle, les équations différentielles ainsi que l’analyse complexe sont des prérequis au cours. De plus, les étudiants sont supposés maîtriser les notions et concepts généraux du cours de Physique telles que l’énergie, la puissance et le travail.

Description du contenu

Le programme du cours s’étale sur 12 semaines selon trois modules principaux. Un module type inclut une introduction générale des concepts utiles, des travaux en groupe et en séance, une présentation des résultats en classe, et une restructuration autour des thèmes abordés.

Module n°1 - Introduction à l'ingénierie électrique : ce module donnera un aperçu du domaine de l'électrotechnique physique, y compris les principes fondamentaux de l'électricité et du magnétisme. Les sujets abordés seront les champs électriques, les potentiels, les courants et l'analyse des circuits.

Module n°2 - Electromagnétisme : ce module couvre les principes de l'électromagnétisme, notamment les champs électromagnétiques, les ondes électromagnétiques et les équations de Maxwell. Les étudiants apprendront le comportement des ondes électromagnétiques dans différents milieux, et l'utilisation des ondes électromagnétiques dans diverses applications.

Module n°3 - Systèmes d'alimentation et de contrôle : ce module couvrira les principes des systèmes d'alimentation et des systèmes de contrôle, y compris le comportement des systèmes d'alimentation dans différentes conditions, et l'utilisation des systèmes de contrôle dans diverses applications, sur base des énergies renouvelables et non renouvelables.

Méthodes pédagogiques

Le cours favorise l'apprentissage actif, le travail de groupe et la capacité à développer des compétences à la fois techniques et critiques.

Le travail de groupe permet d'aborder des cas d'étude complexes et de leur trouver des solutions réalistes tout en abordant les concepts essentiels de la matière.

Mode d'évaluation

Une évaluation continuée porte sur une note de groupe pour la présentation en classe et un rapport écrit d'un travail de groupe pour l'un des trois modules. A cette occasion, sont appréciées la qualité pédagogique de la présentation et les réponses aux questions lors de la séance en classe, ainsi que la qualité et la quantité du travail écrit du rapport.

Un examen écrit, individuel et en présentiel en session d'examen se déroule à livre ouvert (toutes notes personnelles autorisées). Cet examen contient un questionnaire à choix multiple ou bien avec réponse courte, ainsi qu'une ou plusieurs questions ouvertes, permettant la synthèse de la matière.

A l’occasion de cette évaluation, seront appréciés :
- le choix et la juxtaposition de la méthode de résolution (quand celle-ci n’est pas imposée) ;
- la clarté dans la structure du développement de la solution ;
- et la capacité à expliquer les concepts clés de manière transversale (étendue de la compréhension) et verticale (profondeur des connaissances).

La note de groupe est conservée de session en session, mais en cas d'échec à la partie de l'évaluation continuée, les étudiants du groupe seront invités à fournir un travail complémentaire en vue de la session d'examen suivante.

Une absence de travail individuel peut aboutir à une note individuelle différenciée pour l'activité de groupe.

En cas d'échec à la partie d'examen individuel, celui-ci absorbe la note globale de l'étudiant jusqu'à la session d'examen suivante.

Les notes de travaux de groupe ne sont valables que pour l'année académique où ces travaux sont présentés.

Références bibliographiques

Livres de référence
- H.D. Young & R.A. Freedman, University Physics with Modern Physics (14th ed.), Pearson, 2014
- Michael F. Ashby, Materials and the Environment Second Edition, Elsevier, 2016. ISBN: 978-0-08-100176-9, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100176-9.01001-X

Autres livres
- Floyd, Fondements d’électronique: Circuits c.c. Circuits c.a. Composants et applications, Reynald Goulet, 2006
- BENSON Harris, Physique. Tome 2 Electricité et Magnétisme, De Boeck, 2005
- Serway & Beichner, Physics for scientists and engineers, Brooks/Cole, 1999
- Charles K. ALEXANDER, Matthew N.O. SADIKU, Marius DANCILA, Dragos DANCILA, Analyse des circuits électriques, De Boeck, 2012