Ingénieur Mécanique

Conception | Dimensionnement | Prototypage  Modélisation | Simulation | Énergie et développement durable | Transport, Énergie, Sport

Marine, Ingénieure Process & Industrialisation WAAM chez Vallourec

De l’idée d’un produit à sa réalisation…Un véhicule terrestre, marin, aérien, spatial, une table d’opération, une machine outil, une imprimante 3D, un système de manutention, une éolienne, un groupe motopropulseur…, sont autant de systèmes mécaniques dont les performances dépendent directement des compétences de ceux qui les ont conçus.

De l’idée d’un produit, à sa réalisation en passant par des phases de conception, choix de matériaux et de procédés de fabrication, prototypage et dimensionnement… Autant d’étapes auxquelles devra s’intéresser l’ingénieur en mécanique.

 

Travaillant en équipe, il mènera à bien les projets qui lui sont confiés en appuyant sa démarche sur l’utilisation des moyens les plus adaptés : méthodes d’analyse, logiciels de modélisation et de simulation, moyens de prototypage, d’essais, d’expérimentation ou de fabrication.

L’ensemble de ces compétences en conception et dimensionnement sera basée sur de bonnes connaissances technologiques et scientifiques mises au service de l’innovation et également du développement durable.

Secteurs d'activité

  • Transport : automobile, ferroviaire, aéronautique, spatial, naval
  • Energie : éoliennes, turbo-Machines
  • Sport : sports musculaires, sports mécaniques
  • Conseil
  • Recherche et Développement

Programme

UE5-1 Mathématiques et Informatique I

56h
ECTS
Vol. Horaire
511100
UE5-1 Mathématiques et Informatique I
5
56 h
511110
Outils mathématiques pour l'ingénieur 1
3
30 h
  • Pré-requis :
    Mathématiques de toutes les formations scientifiques jusqu'au niveau BAC+2. Un travail personnel supplémentaire peut être requis pour certaines formations (DUT en particulier).
  • Objectifs à atteindre :
    - Savoir résoudre des systèmes différentiels et des équations différentielles d'ordre supérieur ou égal à 1.
    - Savoir calculer des séries de Fourier ou des transformées de Fourier et les utiliser pour calculer des sommes de séries, des intégrales généralisées, ou résoudre des équations différentielles. Application à l'équation de la chaleur.
  • Programme détaillé :
    Partie I - Equations et Systèmes Différentiels - Cours=9h - TD=14h
    ----------------------------------------------
    Chapitre 1 - Equations Différentielles du 1er Ordre
    ---------
    - Equations à variables séparables - Equations homothétiques - Généralisation aux équations du type y' = fraction rationnelle de formes linéaires
    - Equations différentielles linéaires du 1er ordre - Espace vectoriel des solutions de l'équation sans second membre - Espace affine des solutions de l'équation avec second membre (superposition linéaire) - Méthode de Lagrange (ou "variation de la constante") pour calculer la solution particulière - Unicité de la solution particulière
    - Exemples d'Equations non linéaires : Equation de Bernoulli, Equation de Lagrange

    Chapitre 2 - Equations Différentielles Linéaires du 2ème Ordre
    ---------
    - Solutions linéairement dépendantes et indépendantes - Wronskien - Espace vectoriel des solutions de l'équation sans second membre - Solution analytique connaissant une solution particulière
    - Espace affine des solutions de l'équation avec second membre (superposition linéaire) - Méthode de Lagrange (ou "variation des constantes") pour calculer la solution particulière
    - Cas particulier de l'équation à coefficients constants : Equation caractéristique - Les 3 familles de solution (oscillateur harmonique, oscillateur harmonique amorti, cas dégénéré).

    Chapitre 3 - Systèmes Différentiels Linéaires d'Ordre 1
    ---------
    - Interprétation de l'équation scalaire du 2ème ordre en tant que Système Différentiel Vectoriel d'ordre 1 à 2 équations - Espaces vectoriel et affine des solutions du système sans et avec second membre - Méthode de Lagrange revisitée
    - Généralisation à l'équation scalaire d'ordre n quelconque = Système Différentiel Vectoriel d'ordre 1 à n équations
    - Généralisation au Système Différentiel avec matrice A quelconque - Equation différentielle à variables séparables du Wronskien (W'=tr(A). W)
    - Cas particulier où la matrice A est constante - Méthode de résolution par réduction de la matrica A (diagonalisable ou trigonalisable. Méthode de résolution par dérivation.

    Partie II - Séries et Transformée de Fourier - Cours=5h - TD=10h
    ----------------------------------------------
    Chapitre 1 - Séries de Fourier
    ---------
    - Séries trigonométriques - Condition suffisante de convergence - Calcul des coefficients réels en (cos,sin)
    - Développement d'une fonction périodique en série de Fourier (DSF) - Théorème de Dirichlet
    - Propriétés des coefficients de Fourier : Parité/imparité de la fonction, Retard fréquentiel, Expression complexe des coefs de Fourier - Spectre de puissance - Formule de Bessel-Parseval (conservation de l'énergie) - Application au calcul de séries de Riemann. - Solution de l'équation de la chaleur dans une barre de section mince.

    Chapitre 2 - Transformée de Fourier
    ---------
    - Intégrale de Fourier-Plancherel d'une fonction sommable (L1) - Interprétation physique du nombre d'onde
    - Propriétés de la Transformée de Fourier : Convergence absolue, Linéarité, Continuité, Conservation de la parité, Homothétie, Dérivation, Translation, Retard fréquentiel, Transformée de Fourier de la dérivée d'une fonction (Application aux équations différentielles)
    - Transformée de Fourier inverse - Analogie avec le théorème de Dirichlet
    - Produit de convolution
    - Spectre de puissance - Formule de Plancherel-Parseval (conservation de l'énergie)
  • Bibliographie :
    Ressources infinies en ligne
10 h cours
20 h TD
3 h DS
511120
Informatique
2
26 h
  • Pré-requis :
    511110 Outils mathématiques pour l'ingénieur 1
  • Objectifs à atteindre :
    - Savoir ce qu'est la programmation scientifique
    - Maîtriser l'utilisation d'un langage de programmation (Python)
    - Être capable de traduire en code des algorithmes simples, de manipuler des données et de les représenter graphiquement
  • Programme détaillé :
    Il s’agit d’un UE d'initiation à la programmation scientifique et au langage Python. Le cours s'articule dans une introduction théorique (2 séances de CM) et 3 TP d’apprentissage et d’une séance de TP de contrôle des connaissances.
    Le support des cours a été rédigé en jupyter notebook. L’application des notions informatique est faite à travers la réalisation de programmes (scripts) qui portent sur des problèmes simples du domaine de la mécanique.

    Cours magistral :
    - Introduction à la programmation scientifique (nombres à virgule flottante, erreurs d'arrondi)
    - Introduction aux langages informatiques
    - Bases du langage Python (variables, listes, conditionnelles, boucles, fonctions, modules, vecteurs, matrices, bibliothèques numpy et matplotlib)

    TP 1 :
    – Introduction aux commandes Linux
    – Script 1 : entrer ou afficher du texte et des données
    – Script 2 : effectuer des opérations simples sur les variables
    – Script 3 : lire des données à partir d’un fichier et les élaborer [pressure.txt]
    – Script 4 : représentation graphique des données

    TP 2 :
    – Utiliser les fonctions en Python
    – Créer et manipuler un tableau multidimensionnel avec la bibliothèque numpy
    – Représenter graphiquement une matrice
    – Script 1 : entrer ou afficher du texte et des données
    – Script 2 : étude de la fonction de transfert du système ressort – amortisseur (suspension) d’un automobile
    – Script 3 : Calcul de la valeur critique du coefficient de qualité d’une suspension
    – Script 4 : préparation-des-données-d’entrée-pour-une-machine-outil-à-contrôle-numérique

    TP 3
    – Script 1 : comprendre la déformation de type cisaillement
    – Script 2 : transport du vecteur vitesse
    – Script 3 : propagation d’une perturbation
    – Script 4 (bonus): Moments d’inertie d’une plaque d’aluminium

    TP 4
    – TP de contrôle des connaissances

    TP 5
    - Exercices sur les tableurs
6 h cours
20 h TP

UE5-2 Mécanique I

84h

UE5-3 Conception et Fabrication I

124h

UE5-4 Développement personnel I

90h

UE 5-5 Langues

48h

UE6-1 Mathématiques et Informatique II

60h

UE6-2 Mécanique II

118h

UE6-3 Conception et Fabrication II

105h

UE6-4 Projet et Développement personnel II

84h

UE 6-5 Langues

48h

UE-7-1 Vibrations et Transferts

100h
ECTS
Vol. Horaire
513100
UE-7-1 Vibrations et Transferts
7
100 h
513110
Dynamique des structures
4
52 h
  • Pré-requis :
    511240
  • Objectifs à atteindre :
    Maîtriser les notions nécessaires de la dynamique des structures: étude des milieux continus, vibrations libres et vibrations forcées, méthodes approchées, analyse modale .
    Acquérir les méthodes des systèmes vibrants à l'analyse et les techniques expérimentales
  • Programme détaillé :
    - Etude des milieux continus (passage du discret au continu, problèmes typiques, formulation générale, emploi d'opérateurs différentiels, analyse modale et techniques de discrétisation ). Cours 4h - TD 4h
    - Réponses vibratoires forcées du systèmes continus (phénomène de résonance). Cours 4h - TD 4h
    - Méthodes approchées (Masses concentrées, Rayleigh, Rayleigh-Ritz, Dunkerley, Eléments Finis). Cours 4h - TD 4h
    -Méthodes expérimentales et notions d'amortissement. Cours 2h - TD 2h
    - Application au travers d'une série de Travaux Pratiques. TP 12h et d'un projet 8h en lien avec le Calcul Numérique des Structures
  • Bibliographie :
    Théorie des vibrations, M. Géradin, D. Rixen, Editions MASSON
16 h cours
16 h TD
12 h TP
8 h tutorat
1 h DS
513120
Transferts thermiques et thermodynamique appliquée
3
48 h
  • Pré-requis :
    512110
  • Objectifs à atteindre :
    - Acquérir et savoir appliquer les savoirs et méthodes de résolution des problèmes mettant en jeu des transferts de chaleur: mécanismes et lois physiques de conduction, convection rayonnement; méthodes de résolution en régime stationnaire et transitoire; optimisation énergétique
    - Acquérir et/ou actualiser des connaissances de base indispensables en thermodynamique;- Donner à l'élève une méthodologie de raisonnement en thermodynamique;- Appliquer ces connaissances aux machines thermodynamiques usuelles de l'industrie : turbines, moteurs thermiques, machines frigorifiques, etc.
  • Programme détaillé :
    - Transferts thermiques: génération de chaleur (combustion, effet joule, friction...); modes de transferts de la chaleur et lois associées (conduction, convection, rayonnement); méthodes de résolution en régime stationnaire (bilan en flux, résistances thermiques, etc.); notions sur les méthodes de résolution en régime transitoire; résolution de problèmes nécessitant une modélisation, la recherche d'hypothèses pertinentes (ordres de grandeur, hierarchisation des phanomènes mis en jeu, etc.); initiation aux méthodes de mesures de flux et de températures (thermocouples, caméra infrarouge, etc.)
    - Thermodynamique appliquée: Les principes de la thermodynamique Système thermodynamique - Etats et Phases - Représentations et transformations - Travaux d'évolution -Premier principe - Entropie et Second principe.- TD1: Quantité de matière, équilibre thermodynamique. - TD2: Premier principe de la thermodynamique. - TD3: Calorimétrie. - TD4: Second principe de la thermodynamique et cycles moteurs. - TD5 et TD6: Second principe de la thermodynamique, cycles moteurs et inverses.
    Cycles de puissance des turbines à gaz - Cycles de puissance des turbines à vapeur - Moteurs à combustion interne - Machines dynamothermiques : Fluides frigorigènes - Cycle frigorifique à gaz liquéfiable - Pompes àchaleur : air/air, air/eau.
  • Bibliographie :
    Manuel de thermique EYGLUNENT Hermes
    Initiations aux transferts thermiques SACADURA Technique Et Documentation
    Heat transfer HOLMAN Mac Graw Hill Editions
    Conduction of heat in solids CARSLAW & JAEGER Oxford University Press



8 h cours
22 h TD
12 h TP
6 h tutorat
3 h DS

UE-7-2 Modélisation numérique I

102h

UE-7-3 Conception I

106h

UE-7-4 Développement Personnel I

42h

UE 7-5 Langues

42h

UE8-1 Modélisation et Dimensionnement

84h

UE8-2 Conception II

140h

UE8-3 Stage Assistant Ingénieur (à partir de mai)

120h

UE8-4 Développement personnel II

10h

UE 8-5 Langues

42h

UE9-1-Modules de spécialité

144h
ECTS
Vol. Horaire
515100
UE9-1-Modules de spécialité
11
144 h
515110
A - Mécanique des Fluides Réels
4
48 h
  • Pré-requis :
    512220|513230|511110|512120
  • Objectifs à atteindre :
    Acquérir des connaissances de base en mécanique des fluides réels. Comprendre l’intérêt de la modélisation industrielle, exemples concrets. Méthodologie de raisonnement pour la solution de problèmes en aérodynamique et hydrodynamique pour les écoulements visqueux. Calculer les efforts (trainée, portance) sur les obstacles dans les écoulements d’intérêt pratique. Introduction à la turbulence et à sa modélisation.
  • Programme détaillé :
    Cours-TD:
    - Fluides réels et efforts sur les obstacles
    - Analyse dimensionnelle et similitude
    - Couche limite
    - Turbulence: caractéristiques principales
    - Turbulence et écoulement moyen (RANS)
    - Approche statistique à la turbulence
    - Modélisation de la turbulence.

    TP : Modélisation avec Ansys/Fluent
    1. Écoulements laminaire et turbulent en conduite circulaire.
    Profils de Poiseuille laminaire vs. Turbulent. Coefficient de frottement. Comparaison à la corrélation de Blasius. Modèle de turbulence à 2 équations du type k-epsilon, avec ou sans loi de paroi.
    2. Écoulement dans un système d’échappement.
    Épaisseur de couche limite (formule de Blasius). Maillage d’une couche limite, vitesse de frottement, taille de la première maille. Visualisation de tourbillons, zones de fluide mort.
    3. Filtre à carburant.
    Écoulement dans un milieu poreux. Perte de charge et coefficient de perte de charge.
    4. Éolienne.
    Coefficient de puissance d’une éolienne. Qualité du maillage d’une géométrie complexe (critère d’asymétrie angulaire). Visualisation avancée avec CFDPost : Contours de pression sur l’intrados et l’extrados des pales ; Sillage de l’éolienne.
    5. Écoulement autour d’une carrosserie de voiture.
    Mise en place d’une soufflerie numérique. Calcul du Cx et du SCx. Calcul de la déportance (effet de sol). Visualisation avancée avec CFDPost : Contours de pression sur la carrosserie ; Lignes de courant (décollement sur les bords de fuite) ; Sillage de la voiture.
    6. Écoulement à surface libre.
    Écoulement air-eau instationnaire dans un bol en rotation. Méthode VOF (Volume Of Fluid) pour le suivi d’une surface libre. Visualisation avancée avec CFDPost : création d’un film d’animation.
  • Bibliographie :

24 h TP
515111
B - Mécanique des Solides et des Structures
4
48 h
  • Objectifs à atteindre :
    On aborde ici les non linéarités matérielles et géométriques en se focalisant sur deux grandes classes de comportement : la plasticité et l'hyperélasticité et sur les problèmes de contact. Il s'agit de sensibiliser les étudiants qui dans leur futur métier peuvent etre amenés à dimensionner des structures présentant de telles difficultés.
  • Programme détaillé :
    Partie 1 :Plasticité
    Critères de Plasticité isotropes et anistropes: Von Mises, Tresca, Hill...
    formulation des lois de comportement en plasticité : surface de charge, normalité, multiplicateur plastique,
    exemples de lois de comportement à écrouissage isotrope et cinématique

    Partie 2 : hyperélasticité
    généralités sur les polymères et élastomères
    densité d'energie de déformation en hyperélasticité
    quelques exemples de lois de comportements : Rivlin généralisé, Ogden, Arruda-Boyce...

    Partie 3 : Applications et projets

    Des problèmes concrets sont traités en TP et projets éléments finis pour illustrer le cours. Dans un premier etmps, une découverte des différents problèmes non-linéaires est abordée. Ensuite, les travaux pratiques portent sur l'application directe du cours en mettant l'accent sur la convegence numérique (méthode de Newton-Raphson, Méthode du retour radial etc.). Enfin, des projets (Pose d'un Stent dans une artère etc.) sont proposés.

  • Bibliographie :


20 h TD
8 h TP
14 h tutorat
515112
C - Prototypage : choix et mise en oeuvre
3.5
48 h
  • Pré-requis :
    511320|512320
  • Objectifs à atteindre :
    Maquétiser et/ou reconstruire à partir d'un scan 3D une pièce en surfacique sous 3D Expérience
    Choisir un triptyque matériau/géométrie/procédé potentiellement innovant sur un point particulier
    Critiquer et documenter les solutions choisies après réalisation

  • Programme détaillé :
    La matière s'organise autour d'un projet. Des apports de cours et de mini TP d'utilisation de 3D expérience peuvent être mis en place à la demande des étudiants.

    Déroulé du projet :
    Modélisation surfacique / Scan 3D / reconstruction
    Étude bibliographique des procédés et matériaux envisagés (résine, composite, ...)
    Conception de "moule" au sens large permettant l'obtention d'une pièces en très petite série
    Réalisation des moules en usinage et/ou impression 3D
    Réalisation d'une ou plusieurs pièces
    Analyse critique des résultats et solutions retenues
    Documentation

16 h TP
28 h tutorat
515113
D - Contacts frottants-Freinage
3.5
48 h
  • Pré-requis :
    514120|514130|513210|513120|511330|512210
  • Objectifs à atteindre :
    Identifier les mécanismes associés à la tribologie (contacts frottants secs) pour des problématiques de frottement, usure, phénomènes induits par frottement (vibrations, bruit, émissions de particules...). Mener une démarche de dimensionnement d'un système de freinage couplant différents aspects multi-physiques : tribologie; thermomécanique; vibrations.
  • Programme détaillé :
    Ce module est découpé de tel sorte à avoir un aperçu complet des problèmes liés aux dimensionnement d'un système de freinage, traité comme un exemple de la tribologie, appliquée aux frottements secs.
    Les notions de tribologie, couplages thermomécaniques, matériaux, vibrations induites par frottement sont abordées séparément dans un premier temps.
    Un fil rouge est utilisé traitant de la conception d'un système de frein ferroviaire permettant de mettre en application les notions abordées.
    Des manipulations sur des bancs de freinage permettent d'appréhender la définition d'essais représentatifs, d'instrumentation multi-physique et de traitements des données.
    Une modélisation des aspects thermomécanique est réalisée, s'appuyant sur la méthode des éléments finis. L'objectif est de dimensionner un système de freinage par friction en lien avec la recherche d’un certain nombre de performances. Des notions sur la modélisation d'un "contact numérique" sont à ce stade également abordées.
    Enfin chaque année une application pratique et proposée, en lien avec une problématique industrielle posée par un partenaire (ALSTOM, HITACHI...).
  • Bibliographie :


28 h TP
515114
E - Choix des Matériaux-Design et Conception
3.5
48 h
  • Pré-requis :
    Résistance des Matériaux, Mécanique des solides déformables, Conception Mécanique, Calculs Numériques des structures, Gestion de Projet,
  • Objectifs à atteindre :
    Ce module a pour objectif de sensibiliser les étudiants à la problématique à la création d’un nouveau produit ou à améliorer un produit existant en vue de satisfaire de nouvelles exigences en se basant sur une vision Génie des Matériaux, une vision Design Industriel et une vision Conception Mécanique.
  • Programme détaillé :

    Le programme de ce module s’articule autour de 3 parties :
    Partie 1 :
    - Processus de choix des matériaux
    - Classification des familles des matériaux & Procédés d’élaboration
    - Démarche du processus de conception mécanique

    Partie 2 :
    - Choix des Matériaux – Design Industriel dans divers domaines industriels :
    transport (automobile, ferroviaire, aéronautique), sport (bicyclette, raquette de tennsi, perche, …,
    énergies, machines industrielles, accessoires électroménagers, …

    Partie 3 : Mini-projet
    - Conception globale et intégrée d’un produit mécanique :

    Choix d’un produit, Veille technologique, Analyse du Produit, Conception ou reconception,
    Choix des Matériaux,
    Design, Calculs et Validation

    Les étudiants sont invités à utiliser différents outils logiciels : CATIA (Conception), CES GRANTA (Choix Matériaux)
    ANSYS (Calculs), INSPIRE ALTAIR (Optimisation Topologique).
    La fabrication Additive peut être utilisée pour la réalisation d’un prototype.

    A l’issue de ce module, chaque binôme devra rendre rapport écrit et présenter une soutenance orale.

  • Bibliographie :
    - Choix des matériaux en conception mécanique, Livre de Michael Ashby, 1992, Edition DUNOD
    - Sélection des matériaux métalliques, P. CHOMEL, Techniques de l’Ingénieur.

    ---
16 h TP
24 h tutorat
515115
F - Aéronautique et Conception Mécanique
3.5
48 h
  • Objectifs à atteindre :
    A l'issue de cet enseignement, le futur ingénieur doit être capable de :
    - utiliser une méthode d'analyse d'un écoulement autour d'un profil aérodynamique
    - expliquer comment vole un aéronef (en vol subsonique).
    - expliquer l'équilibre d'un aéronef en vol longitudinal.
    - estimer par une démarche analytique simplifiée, les actions aérodynamiques sur un profil, une aile, un aéronef.
    - analyser les performances d'un aéronef à partir de ses caractéristiques de conception : morphologie, propulseur, gouvernes et commandes de vol...
    - participer à la conception d'un aéronef en collaborant avec les spécialistes du domaine aéronautique.
  • Programme détaillé :
    Théorie des écoulements potentiels,
    Théorie des profils minces.
    Calculs des sollicitations aérodynamiques sur un profil 2D, une aile 3D.
    Equilibre et stabilité du vol longitudinal (subsonique)
    Commandes de vol et compensation
    Propulseurs
    Avions électriques
    Hélicoptères : histoire des différentes formules et des évolutions techniques.
  • Bibliographie :
    Pierre Lecomte - Mécanique du vol : les qualité de vol de avions et des engins - Éd. DUNOD, Dépot légal n° 3.926 décembre 1961 - Paris - 1962.

    Boulet, Jean - L'Histoire de l'hélicoptère racontée par ses pionniers - Paris - Éd. France-Empire -1982

    Manuel du pilote d'avion, formation initiale et maintien de compétence - Éd. Cépduès - ISBN : 9782364939011 - 2022 (19ième édition).

    Jean Zilio - Guide pratique du pilotage - Éd. Cépduès - ISBN : 9782364939462 - 2023 (20ième édition).

34 h tutorat
515116
G - Fabrication additive
3.5
48 h
16 h TP
28 h tutorat
515117
H - Composites avancés
3.5
48 h
28 h TP
12 h tutorat

UE9-2-Projet Ingénieur

120h

UE9-3-Modules transversaux

24h

UE9-4-Développement personnel

51h

UE 9-5 Langues

40h

UE 10-1 Stage ingénieur

400h

URE10-2 CP - Situation de travail formative

49h

@ Polytech-Lille