Cinématique d'une collision élastique neutron-noyau et détermination de la loi de choc. Définition et calcul des sections efficaces pour les réactions nucléaires par noyau composé. L'équation de Boltzmann en milieu homogène : définition et calcul du flux neutronique, présentation de la loi de Fick, étude du milieu multiplicateur en régime stationnaire, discrétisation multigroupe, ralentissement des neutrons et autoprotection des résonances. Calcul du coefficient de diffusion par le modèle du mode fondamental homogène. Évolution ponctuelle des noyaux.
Présentation de la réaction en chaîne dans le contexte du calcul de réacteur et formulation de l'équation de diffusion à deux groupes d'énergie. Discrétisation de l'équation de diffusion statique. La théorie généralisée des perturbations. Cinétique espace-temps : solution par différences finies en temps et algorithme quasi statique. Techniques de résolution des systèmes matriciels. La méthode de synthèse modale. Le calcul de la puissance de Grappe et de Canal. Le fichier maître du réacteur : considérations informatiques et enchaînement des calculs.
Vue d\'ensemble du cycle du combustible nucléaire, de la mine à la disposition ultime des déchets. Fabrication du combustible : extraction, enrichissement, conversion et coût du combustible. Évolution du combustible sous irradiation : filières de réacteurs, irradiation et évolution isotopique des matériaux, taux de combustion, effet des paramètres locaux. Comportement du combustible sous irradiation : performance thermique, gonflement, relâchement de produits de fission, propriétés mécanique de l\'UO2 et interactions gaine/combustible. Gestion du combustible dans les réacteurs à eau pressurisés : modèle de réactivité linéaire, cycles de rechargement et longueur de campagne, contrôle de l\'excès de réactivité, optimisation du rechargement par méthodes méta-heuristiques. Gestion du combustible dans les réacteurs CANDU : période initiale, équilibre du rechargement et suivi du cœur, limites d\'opération et critères de sélection des rechargements. Cycles avancés : recyclage, cycle au plutonium, cycle au thorium, calcul de scénarios. Disposition du combustible irradié : retraitement, stockage temporaire et permanent.
Rôle et impacts de la simulation dans la conception et l'opération des bâtiments. Modélisation des transferts de chaleur et de masse dans les bâtiments et avec l'extérieur. Modélisation des occupants : comportement, confort thermique, gains de chaleur internes. Modélisation des systèmes thermiques dans le bâtiment : chauffage, ventilation et conditionnement d'air et systèmes utilisant les énergies renouvelables. Stratégies de commande minimisant la consommation énergétique et les coûts d'opération. Équations de base et solveurs, types de logiciels de simulation pour les bâtiments résidentiels et commerciaux. Processus de validation des logiciels. Sources de données, stratégies de modélisation, zonage thermique des bâtiments. Analyse et interprétation des résultats, assurance de la qualité, analyse des incertitudes. Utilisation de la simulation pour la conception, l'optimisation et pour améliorer les politiques et les codes du bâtiment.
Exposés et discussions par l'étudiant des sujets de mémoires et de thèses, de même que des sujets choisis en rapport avec les cours ou les travaux de recherches de l'Institut. Discussions de publications récentes.
Modèles atomique et nucléaire. Interaction du rayonnement avec la matière, règle d'or de Fermi et définition des sections efficaces, diffusion de Rutherford. Interaction des électrons avec la matière. Interactions des particules lourdes chargées avec la matière. Interactions du rayonnement électromagnétique avec la matière. Interaction des neutrons avec la matière. Effets biologiques des rayonnements : notions de base, caractérisation, intensité et mode d'irradiation. Normes de sécurité. Écrans de radioprotection. Détection du rayonnement dans un but de protection. Sources de rayonnement dans l'environnement.
Vue d'ensemble des technologies nucléaires : réacteurs de recherche, applications en médecine, applications industrielles, réacteurs de puissance. Précis de physique moderne : équivalence masse-énergie, mécanique quantique et physique atomique. Physique nucléaire : radioactivité, réactions nucléaires, atténuation du rayonnement, interaction des photons, des neutrons et des particules chargées avec la matière. Détection du rayonnement. Effet du rayonnement sur l'organisme et applications médicales. Radio-isotopes et applications industrielles. Principes de fonctionnement des réacteurs de recherche et de puissance. Réacteurs CANDU, à eau pressurisée, à eau bouillante, à neutrons rapides et de 4e génération. Réacteurs de recherche, conversion directe de l'énergie et applications industrielles du rayonnement.
Définition de l'énergie. Notions de base sur l'énergie. Les différentes sources primaires de l'énergie. Énergies fossiles: charbon, pétrole, gaz naturel. Énergie nucléaire. Énergies renouvelables : énergie hydraulique, énergie éolienne, énergie solaire, biomasse, énergie géothermale, énergie des déchets, fusion thermonucléaire. Notion de vecteur énergétique : électricité, chaleur, cogénération et trigénération, hydrogène, piles à combustible. Production, stockage, transport et utilisation de l'énergie. Rendement, coût et efficacité énergétique selon le type de sources. Relation entre source d'énergie et type de pollution. Gestion de l'énergie : avantages et inconvénients de la déréglementation de la distribution de l'électricité en Amérique du Nord. Énergie et recyclage des déchets. Économies d'énergie, perspectives d'avenir.
Consommation énergétique dans différents secteurs. Profils de consommation résidentielle et commerciale; besoins énergétiques des bâtiments. Profils de consommation des procédés industriels (moyennes et grandes industries). Profil de consommation du transport des biens et des personnes. Transport des matières énergétiques. Transport de l'énergie sous forme de chaleur: réseaux de chaleur. Électricité comme vecteur de transport d'énergie. Transport de l'énergie électrique: principe de fonctionnement d'un réseau de transport, notions d'écoulement de puissance, limites de transit et notions de stabilité. Réseaux de distribution électrique: rôle, architecture et limites d'opération. Infrastructures associées aux réseaux électriques. Défis contemporains du transport et de la distribution de l'énergie électrique: intégration des sources d'énergie renouvelables, gestion de la charge et des prix du marché. Aspects économiques.
Formes d'énergie et grands consommateurs, concepts économiques fondamentaux, séries chronologiques et concepts de prévision, concepts de base en modélisation et optimisation mathématique. Approche techno-économique, aspects chronologique et géographique, dimensions politique et techno-économique, linéarité, équilibre de marché, compétition parfaite, apprentissage technologique endogène versus exogène, modèles multirégions, problématiques mono-objectif et multiobjectif, modélisation des systèmes électriques, aspects particuliers pour bâtiments, transports et industries à forte consommation énergétique. Outillage pour l'utilisation d'un modèle techno-économique. Analyse et interprétation des résultats, analyse de sensibilité et interprétation des solutions duales, courbes Pareto pour modèle multiobjectif. Simulation avec scénarios.
Caractérisation de l'équipement mécanique nécessaire à l'exploitation d'un site de production hydroélectrique. Processus de choix et de conception des équipements mécaniques, de la phase de dimensionnement de l'aménagement à la phase d'exploitation. Méthodes de caractérisation du site, d'évaluation de la puissance disponible et de choix des équipements. Enjeux de conception hydraulique et mécanique des composantes de turbine. Méthodes de simulation numérique en dynamique des fluides et pour les analyses de contraintes mécaniques. Évaluation des performances sur modèles réduits. Méthodes de mise à l'échelle vers les prototypes et normes. Conditions d'exploitation.
Thermodynamique et stockage de l'énergie. Efficacité du stockage et de la récupération de l'énergie. Différentes formes de stockage énergétique. Stockage chimique : biomasse, méthane et hydrogène. Stockage électrochimique : accumulateurs, condensateurs et piles à combustible. Stockage sous forme potentielle : hydraulique et air comprimé. Stockage sous forme cinétique : volant d'inertie. Stockage thermique : chaleurs sensibles et latentes. Stockage magnétique. Capacité et rendement des différents types de stockage. Enjeux technologiques et économiques du stockage. Intégration des systèmes de stockage dans la production et la distribution de l'énergie. Éléments d'intégration des systèmes d'énergie renouvelable. Spécifications et choix des composants d'intégration. Capacité d'intégration et fiabilité du réseau. Études de cas de systèmes isolés et de systèmes intégrés à un réseau existant.
Processus stochastiques et génération d'évènements aléatoires à partir de distributions statistiques connues. Profils de puissance des charges électriques : chauffe-eau, climatisation, véhicules électriques, électroménagers. Agrégation des charges individuelles. Échelle d'intégration et bornes d'incertitudes. Distributions de charge : paramètres météo et dépendance temporelle. Profil de production des sources d'énergie renouvelables. Algorithmes de prévision de la charge agrégée et de la production fluctuante. Gestion de la charge en temps normal et suite à une interruption. Dynamique de reprise en charge. Objectif d'un programme de gestion de la charge: nivelage de la charge, absorption de production fluctuante. Contraintes reliées au réseau de distribution électrique. Modélisation conjointe et à haut niveau du réseau de télécommunications et du réseau de distribution. Fiabilité d'une stratégie de gestion de la charge en fonction des principales contraintes du système.
Principales structures hydrauliques et principaux types d'aménagements hydroélectriques. Composantes principales et principes de fonctionnement d'un aménagement hydroélectrique. Multidisciplinarité des projets et planification des avant-projets d'aménagement. Généralités sur les géomatériaux pour la construction des structures hydrauliques; choix et disponibilité des géomatériaux. Essentiels d'hydrologie statistique appliquée aux cours d'eau. Essentiels d'hydrométrie et d'analyse des fréquences. Type de turbines et plage d'opération; types d'alternateurs et dynamique de l'arbre; notions de base en électromagnétisme. Contrôle et transport de l'énergie électrique. Calculs des productibles, étude de rentabilité, marché de l'hydroélectricité.
Technologies, architectures, normes, problématiques et applications des télécommunications dans les réseaux énergétiques intelligents. Architecture des réseaux de génération, distribution et consommation de l'énergie. Évolution vers des systèmes intelligents. Notions de base de multiplexage, accès au canal, adressage, acheminement, commutation. Modèles OSI et TCP/IP. Architectures des réseaux étendus, de voisinage, domestique, personnel, SCADA et Internet. Technologies et protocoles utilisés dans les réseaux intelligents. Normes des réseaux intelligents. Problématiques : interférence, performance, robustesse, fiabilité, sécurité, gestion de l'information, inter-opérabilité, extensibilité. Applications des réseaux intelligents : compteurs intelligents, réponse à la demande, véhicules électriques, automatisation des systèmes de distribution, gestion de microgénération.