Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

« Conversion Thermodynamique de la Chaleur », deux MOOC sur la modélisation des systèmes énergétiques

A PROPOS DU COURS :

Conversion Thermodynamique de la Chaleur est un parcours de deux MOOC qui traitent des systèmes énergétiques permettant :

  • soit de convertir de la chaleur en travail mécanique

  • soit d'extraire de la chaleur à basse température grâce à un apport d'énergie mécanique.

Ces technologies sont aussi appelées machines thermiques.

La Conversion Thermodynamique de la Chaleur joue un rôle essentiel dans nos sociétés car elle permet de répondre à des besoins fondameNtaux0cmme le chauffage, la production de froid, l'éclairage, la mobilité, la fourniture d'énergie mécanique, etc.

Les systèmes énergétiques qui seront étudiés dans ce MOOC ont donc un impact direct sur notre vie quotidienne à tous.

Ce MOOC propose une méthode originale qui permet de dépasser les limites que rencontre l'enseignement de la discipline par les approches classiques.

Compte tenu du champ couvert, le cours est décomposé en deux MOOC : Modéliser et Simuler (CTC-MS) et Cycles Classiques et Innovants (CTC-CCI).

Dans le MOOC Modéliser et Simuler les apprenants commencent par acquérir les bases de la modélisation des systèmes énergétiques simples (centrales à vapeur, turbines à gaz, machines de réfrigération) et apprennent à en paramétrer les modèles dans Thermoptim.

Parmi les technologies qui y ont recours, on peut citer les :

  • Installations de production d'électricité à partir de combustibles fossiles, de réacteurs nucléaires, de capteurs solaires, de géothermie...

  • Moteurs automobiles, turboréacteurs

  • Systèmes de réfrigération et de climatisation

  • Installations de chauffage par pompe à chaleur

  • Dispositifs de récupération d'énergie dans des procédés ou à partir d'effluents

  • Installations de production simultanée de chaleur et d'électricité (cogénération)

  • Systèmes thermodynamiques innovants à faible impact environnemental

Une vidéo de mise en situation contextuelle de ces MOOC vous présente ces technologies.

Dans le MOOC Modéliser et Simuler les apprenants commenceront par acquérir les bases de la modélisation des systèmes énergétiques simples (centrales à vapeur, turbines à gaz, machines de réfrigération) et sauront en paramétrer les modèles dans le simulateur Thermoptim.

Ils utiliseront ensuite ce savoir dans le MOOC Cycles Classiques et Innovants pour étudier les cycles moteurs et récepteurs classiques et les cycles Innovants à faible impact environnemental :

  • Cycles moteurs : moteurs alternatifs à combustion interne à essence, à gaz et diesel, propulsion aéronautique, cycles combinés, installations de cogénération, cycles à énergie solaire, cycles nucléaires à haute température (HTR), énergie thermique des mers, installations de géothermie, cycles à oxycombustion, conversion de la biomasse

  • Cycles récepteurs : pompes à chaleur, cycle de Brayton inverse, cryogénie, cycles à éjecteur

Ils commenceront par réfléchir aux pistes d'amélioration possibles des cycles simples étudiés dans le MOOC Modéliser et Simuler, l'objectif étant d'obtenir les meilleures performances thermodynamiques possibles.

OBJECTIFS DU COURS :

L'ambition de ce MOOC est de rendre l'étude des systèmes énergétiques la plus accessible possible, avec une double finalité :

  • fournir aux apprenants une vision d'ensemble des différentes technologies de conversion de l'énergie, pour qu'ils vous puissent en comprendre les principes de conception et les récentes évolutions ;

  • faire le lien par la modélisation entre cette réalité technologique et les fondements du génie énergétique.

Il propose pour cela une méthode originale qui permet de dépasser les limites que rencontre l'enseignement de la discipline par les approches classiques.

La pédagogie retenue a été développée au sein de Mines ParisTech et est entièrement originale. Faisant appel au simulateur Thermoptim, elle est mise en application dans plus de 120 établissements d'enseignement dans le monde.

Dans ces deux MOOC, l'utilisation du simulateur se fait essentiellement sous forme d'une quarantaine d'explorations de scénarios pédagogiques. Pour réduire les difficultés liées à l'utilisation du progiciel, les apprenants ne bâtissent pas par eux-mêmes les modèles, mais explorent et paramètrent des modèles déjà construits.

Le scénario est présenté dans un navigateur particulier capable d'émuler Thermoptim, qui propose différentes activités aux apprenants, comme de retrouver des valeurs dans les écrans du simulateur, le reparamétrer pour effectuer des analyses de sensibilité... Des explications contextuelles leur sont données progressivement.

On s'assure ainsi qu'ils ne perdent pas de temps sur des erreurs de manipulation qui ne présentent pas d'intérêt pédagogique, ce qui est essentiel si on veut que leur travail puisse être réalisé dans le temps imparti. Les risques d'erreur diminuent ainsi considérablement, et, s'ils surviennent, les apprenants n'ont qu'à réinitialiser le navigateur en rechargeant les fichiers dont ils disposent.

Une cinquantaine d'exercices d'auto-évaluation permettent par ailleurs aux apprenants de vérifier par eux-mêmes leur compréhension des notions présentées, au fur et à mesure qu'elles sont introduites.

PUBLIC ET PREREQUIS :

Ce MOOC s'adresse à un public assez large : professionnels du secteur désireux de mettre à jour leurs savoirs et généraliser leurs connaissances, élèves ingénieurs, étudiants en génie thermique et énergétique ou simple curieux motivés par le sujet.

Le prérequis pour le MOOC Modéliser et Simuler est le niveau bac pro ou scientifique, et pour le MOOC Cycles Classiques et Innovants soit une connaissance antérieure de Thermoptim, soit avoir suivi avec succès le MOOC Modéliser et Simuler.

PROGRAMME ET CALENDRIER :

MOOC Modéliser et Simuler

Début du cours : 19 février 2018

Fin du cours : 26 mars 2018

Inscriptions sur la plateforme FUN à partir du 21 novembre 2017 : suivre ce lien

MOOC Cycles Classiques et Innovants

Début du cours : 3 avril 2018

Fin du cours : 21 mai 2018

Inscriptions sur la plateforme FUN à partir du 3 janvier 2018 : suivre ce lien

Cours en libre accès

Si vous le désirez, notamment en dehors des sessions, vous pouvez avoir accès à l'ensemble du cours scénarisé comme dans les MOOC (vidéos, exercices) pour le suivre à votre rythme, sans encadrement ni examen, à partir des liens ci-dessous.

Cours Modéliser et Simuler

Module 1 Étude des principales fonctionnalités mises en jeu dans les technologies énergétiques

Module 2 Énergies mises en jeu dans les transformations

Module 3 Propriétés et diagrammes des corps purs

Module 4 Exploration des modèles des cycles de base

Cours Cycles Classiques et Innovants

Module 1 Amélioration des cycles moteurs - Centrales à vapeur

Module 2 Variantes des cycles moteurs - moteurs à combustion interne classiques - biomasse

Module 3 Cycles combinés, cogénération, variantes des cycles récepteurs

Module 4 Cycles innovants à faible impact environnemental

Module 5 Compléments sur l'entropie

ENSEIGNANT PRINCIPAL : Renaud Gicquel

Professeur à MINES ParisTech où il a effectué l'essentiel de sa carrière, il a développé l'approche pédagogique utilisée dans ce MOOC et est l'auteur du progiciel Thermoptim.

INSCRIPTION :

Pour vous inscrire :

  1. allez sur la plateforme FUN

  2. créez un compte et identifiez-vous

  3. Recherchez Mines ParisTech ou Institut Mines Telecom dans la liste de tous les établissements proposant des MOOC.

  4. cliquez successivement sur chacun des deux MOOC, et inscrivez-vous.

  5. suivez les cours lorsqu'ils sont ouverts (vous en serez informés par e-mail)

La fiche de présentation du MOOC est téléchargeable à partir de ce lien :

PresentationMOOC_CTC.pdf

Les ressources numériques du MOOC CTC sont accessibles depuis cette page.

PARTENAIRES

Les MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur bénéficient du soutien d'UNIT et de l'Institut Mines-Telecom.

copyright R. Gicquel

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