Description du cours

Intitulé de l'Unité d'Enseignement

Electricité

Code de l'Unité d'Enseignement

13UST12

Année académique

2019 - 2020

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, électrodynamique et électromagnétisme) et l’analyse du comportement des circuits électriques en régimes continus, transitoires et alternatifs.

Le cours vise à montrer les aspects applicatifs des notions théoriques dans des cas simples et notamment à comprendre et quantifier les échanges de puissance entre générateurs et récepteurs électriques. 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. L’évaluation de ceux-ci se fait via un examen 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.

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 exercices sont proposés dans le cadre du cours et résolus en séance de groupe ou en individuel, selon les cas. Ces exercices permettent d’approcher différentes méthodes de résolution des circuits électriques en courant continu et alternatif. L’évaluation se fait par le biais d’un examen reprenant une partie des exercices originaux et à livre ouvert obligeant ainsi les étudiants à comprendre et à appliquer les outils adéquats en vue de la résolution complète de ces exercices.


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.


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 (lois de Kirchoff, transformations et associations de sources, méthodes de Thévenin et Northon, méthode de superposition, théorème de transfert de puissance maximale).
- 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.

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, avec 3 heures de cours par semaine mêlant cours magistraux et exercices.

Le contenu correspond aux chapitres 21 à 31 du livre de référence, et notamment :
• Charges électriques et champs électrostatiques
• La loi de Gauss et son application
• Le potentiel électrique
• Les diélectriques et capacitances
• La loi d’Ohm et les résistances
• Les circuits en régime continu
• Le champ et les forces magnétiques
• L’induction électromagnétique et les inductances
• Le régime alternatif

Une séance de cours s’étale sur une semaine tandis que deux séances récapitulatives, une au milieu et une à la fin du semestre, serviront de Q/R sur la matière vue précédemment.

Méthodes pédagogiques

Le cours favorise l’apprentissage actif, l’interactivité et l’auto-évaluation.

Pour cela, le dispositif pédagogique reposera sur un ensemble d’activités en trois étapes avant, pendant et après les séances de cours magistraux :

1) Avant le cours :
1. Une pré-lecture de la matière de cours principalement à travers le livre de référence afin de se familiariser avec les concepts essentiels ;
2. Un questionnaire en ligne (sur Moodle) à compléter individuellement et reprenant des questions en rapport direct à la matière qui sera vue au cours, essentiellement sous forme de questions à choix multiple ou de simples calculs à effectuer.


2) Pendant le cours :
1. Une première heure de cours dédiée à la résolution des exercices et problèmes débutés au cours précédent. Le tirage au sort des étudiants pour venir indiquer leurs propres solutions est également envisageable à cette fin ;
2. Une seconde heure de cours ex-cathedra durant laquelle l’enseignant explicitera les concepts clés de la matière ;
3. Une troisième heure de démarrage sur des exercices ou problèmes.

3) Après le cours : le remplissage du même questionnaire mentionné au point 1.b. Cette étape permet de vérifier la bonne compréhension de la matière et l’évolution dans la compréhension de la matière par principe d’auto-évaluation.

Des séances de questions/réponses sont prévues à deux reprises durant le quadrimestre afin de solidifier les connaissances et les compétences acquises dans les cours précédents.

En soutien à cette approche, un parcours pédagogique est mis en place sur la plateforme Moodle.

Mode d'évaluation

EVALUATION FORMATIVE

L’évaluation formative repose sur les questionnaires à compléter pour chaque cours dans le parcours pédagogique. Les points obtenus ne sont pas comptabilisés dans la cote finale de l’année, par contre l’absence de participation avérée et non justifiée pénalisera la cote finale.


EVALUATION SOMMATIVE

L’examen est écrit, individuel et en présentiel ; il se déroule à livre ouvert (toutes notes personnelles autorisées). Une partie de l’examen concerne l’évaluation des connaissances théoriques du contenu du cours par un questionnaire à choix multiple sans pénalité. Une seconde partie concerne la résolution d’une série d’exercices types avec calculatrice (standard ou graphique).

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).

Références bibliographiques

Livre de référence
- H.D. Young & R.A. Freedman, University Physics with Modern Physics (14th ed.), Pearson, 2014

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