Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Ensemble des cours en ligne disponibles dans le portail

Au cours des années, toute une série de modules de formation à distance ont été développés et mis en ligne. Cette page fournit une présentation sommaire de l'ensemble de ces cours en ligne, en commençant par les cours de thermodynamique appliquée, ainsi que les liens permettant d'y accéder.

Les cours proprement dits sont disponibles sous forme soit de vidéos, soit de diaporama sonorisés (séances Diapason).

Les travaux pratiques des apprenants portent sur des modèles de systèmes énergétiques, et peuvent être faits sous forme soit d'explorations dirigées de modèles existants (dans un navigateur particulier), soit de constructions dirigées de modèles (dans des séances Diapason).

En complément, de nombreuses activités d'auto-évaluation sont proposées aux élèves

Les trois modes de notre approche pédagogique

Rappelons que notre approche pédagogique peut aujourd'hui se décliner selon trois modes complémentaires en fonction du niveau scientifique des apprenants.

Le premier mode, la présentation allégée, répond aux besoins des apprenants disposant d'un bagage scientifique minimal, et donc ne fait appel ni à l'entropie ni à l'exergie. Les exercices pratiques utilisent les explorations dirigées de modèles simples. Il s'agit typiquement du cours proposé dans nos MOOC CTC.

Le second mode, que l'on peut qualifier de progressif, s'adresse à des apprenants en licence ou à des professionnels en activité, pas particulièrement motivés par les aspects théoriques tout en étant capables de les suivre s'il le faut. Il commence par la présentation allégée que l'on complète en introduisant une démarche d'amélioration des cycles s'appuyant sur les bilans exergétiques et la comparaison avec le cycle de Carnot dans le diagramme entropique. Les exercices pratiques utilisent les explorations dirigées de modèles ainsi que quelques séances Diapason. Le cours 2022 sur les Systèmes Energétiques correspond à ce mode.

Le troisième mode est destiné à des élèves en master ou école d'ingénieurs familiers des développements théoriques. Il se distingue des précédents par deux points :

  • Tout d'abord, ces élèves sont habitués à une présentation "cartésienne" et disciplinaire de leurs enseignements, et rien ne s'oppose à ce que l'on commence par leur présenter toute la théorie avant de passer aux applications ;

  • Ensuite, comme pour eux l'utilisation de l'entropie ne pose aucun problème, on peut très rapidement introduire les diagrammes entropiques (T,s) et ceux de Mollier (h, s) ainsi que l'exergie et les bilans exergétiques.

Nous préciserons à quel mode correspondent les cours listés dans cette page.

Cours complets sur la Conversion Thermodynamique de la Chaleur (premier mode)

Deux MOOC ont été réalisés en 2017, sous l'égide de l'Institut Mines Télécom et d'UNIT, et ont fait l'objet de plusieurs sessions publiées dans la plate-forme Fun :

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.

Ce cours 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)

  • 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.

Ils utilisent 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

Ces deux MOOC sont présentés dans cette page du portail, ainsi que dans le document téléchargeable depuis le lien ci-dessous.

PresentationMOOC_CTC.pdf

Les deux sessions ont été rouvertes fin mars 2020, en mode archivé, pour permettre à toutes les personnes intéressées par la la situation énergétique mondiale de se former sur ce sujet, notamment les étudiants dont les établissements d'enseignement sont fermés :

En dehors des sessions, il est possible de suivre l'ensemble de ce cours, scénarisé à l'identique des MOOC, à partir de ces liens :

Cours en ligne Systèmes Énergétiques 2022 (second mode)

A l'instar de ce que nous avons fait pour nos MOOC, nous avons décidé de proposer un cours scénarisé dans le détail destiné à des apprenants en licence ou à des professionnels.

Ce cours intitulé Systèmes Énergétiques 2022 correspond peu ou prou à la version en ligne de l'édition 2022-2023 du livre Systèmes Énergétiques en cours de préparation. Il s'appuie largement sur les ressources numériques qui ont été mises au point dans le cadre des MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur, mais il les complète par divers approfondissements qu'il n'était pas possible d'aborder dans ces MOOC, du fait à la fois de la charge de travail et du niveau scientifique requis.

Explorations dirigées de modèles de systèmes énergétiques (tous modes)

Dans ces deux MOOC, les élèves mettent en pratique le savoir qui leur est présenté en travaillant avec le progiciel Thermoptim sur 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. De plus, tous ces modèles peuvent être étudiés avec la version de démonstration de Thermoptim librement distribuée.

Ces explorations pédagogiques sont présentées dans cette page du portail.

Elles peuvent parfaitement être utilisées indépendamment des MOOC en complément d'un cours classique. La liste des modèles présentés est donnée dans cette page.

Séances Diapason (second et troisième modes)

Diapason signifie Diaporama Pédagogiques Animés et Sonorisés.

Les séances Diapason sont des présentations sonorisées, essentiellement de cours et d'exercices. Leur utilisation est très simple : une image est chargée à l'écran, et, si une bande-son lui est associée, elle est lue, fournissant les explications qui auraient été données si l'enseignant était présent.

Les séances Diapason proposées dans ce portail traitent principalement de deux grands sujets : les systèmes énergétiques et les problèmes énergétiques globaux.

Pour les systèmes énergétiques, les séances proposées sont essentiellement de deux types :

  • des séances de cours en ligne, couvrant un champ un peu plus large que celui des vidéos des MOOC CTC

  • des exercices de construction de modèles avec Thermoptim, un peu plus difficiles à effectuer que les explorations pédagogiques de modèles existants présentés ci-dessus, et demandant de disposer d'une version du progiciel permettant de sauvegarder son travail. Ces séances Diapason sont donc plutôt adaptées à des Travaux Dirigés bénéficiant d'un soutien de la part d'un enseignant maîtrisant l'outil

Pour les problèmes énergétiques globaux, il s'agit d'un ensemble de 9 séances couvrant seulement une fraction des chapitres présentés dans les vidéos du MOOC Problèmes Énergétiques Globaux présenté ci-dessous.

La liste des séances Diapason proposées est donnée dans cette page du portail.

Certains regroupements des séances sous forme de modules de formation complets y sont aussi fournis.

Activités d'auto-évaluation (tous modes)

Des exercices d'auto-évaluation de plusieurs types ont été produits :

  • le texte à trous avec ou sans image contextuelle vous demande un peu de concentration, mais peut se révéler très fécond pour s'assurer que des notions difficiles sont bien comprises

  • pour le repérage sur un schéma ou un diagramme, le placement sur image apparaît bien approprié. Il est simple à utiliser : vous opérez par simple glisser-déposer

  • les exercices de catégorisation complètent bien les deux activités précédentes : vous rangez des éléments par catégories et apprenez ainsi à bien les distinguer

  • les exercices d'association constituent une version plus limitée des précédents, car la relation entre éléments et catégories doit être bijective

  • enfin, les questions à choix unique (QCU) et questions à choix multiple (QCM) vous permettent de tester le savoir acquis de manière assez large, mais ne constituent pas des outils très conviviaux.

La liste des activités d'auto-évaluation proposées est donnée dans cette page du portail.

Modules d'auto-formation aux systèmes énergétiques (troisième mode)

Cette série de modules d'auto-formation s'adresse principalement à des élèves en master ou école d'ingénieurs familiers des développements théoriques.

MOOC sur les Problèmes Énergétiques Globaux (premier mode)

Un MOOC sur les grands problèmes de l'énergie a été réalisé en 2016 sous l'égide de PSL et d'UNIT, et a fait l'objet de plusieurs sessions publiées dans la plate-forme Fun.

Ce MOOC est présenté dans cette page du portail, ainsi que dans le document téléchargeable depuis le lien ci-dessous.

PresentationMOOC_PEG.pdf

La dernière session a été rouverte mi mars 2020, en mode archivé, pour permettre à toutes les personnes intéressées par la la situation énergétique mondiale de se former sur ce sujet, notamment les étudiants dont les établissements d'enseignement sont fermés.

En dehors des sessions, il est possible de suivre l'ensemble de ce cours, scénarisé à l'identique du MOOC, à partir de ce lien.

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