Unité d’enseignement : ARC · S2 · UE2 — Science physique

L’électrotechnique étudie la production, le transport, la distribution et l’utilisation de l’énergie électrique. Pour un futur assistant en architecture, elle n’a pas pour but de faire de l’étudiant un électricien, mais de lui donner les bases qui lui permettent de dialoguer avec les bureaux d’études et les entreprises, de réserver les bons emplacements (tableau, gaines, locaux techniques), de lire un schéma et un plan d’électricité et d’intégrer dès l’esquisse les contraintes énergétiques d’un bâtiment au Niger : forte charge de climatisation et de ventilation, coupures de réseau, recours croissant au solaire photovoltaïque.

Le cours part des lois fondamentales des circuits (tension, courant, résistance, puissance), passe au courant alternatif distribué par le réseau (monophasé et triphasé, facteur de puissance), présente les composants et appareils de protection, puis applique ces notions à la conception de l’installation électrique d’une villa, d’une école ou d’un petit équipement.

Objectifs d’apprentissage

• Définir et mesurer les grandeurs électriques (U, I, R, P, énergie) et appliquer les lois d’Ohm et de Kirchhoff.
• Calculer les puissances active, réactive et apparente en monophasé et en triphasé et interpréter le facteur de puissance.
• Identifier les composants d’une installation (conducteurs, protections, transformateurs, moteurs, luminaires, équipements photovoltaïques) et leur rôle.
• Dimensionner simplement un circuit : section de câble, chute de tension, calibre de protection.
• Établir un bilan de puissance et un plan d’implantation électrique pour un bâtiment courant.

Prérequis

Connaissances de base en physique (énergie, puissance) et en mathématiques (fractions, puissances, trigonométrie élémentaire : cosinus, tangente).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Grandeurs électriques et circuits en courant continu
2. Leçon 2 — Courant alternatif monophasé et triphasé, puissances
3. Leçon 3 — Composants, appareillage et protection des installations
4. Leçon 4 — Conception de l’installation électrique d’un bâtiment

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 10 h de CM, 5 h de TD, 15 h de TP et 10 h de travail personnel (TPE) ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (comptes rendus de TP, exercices de TD, quiz) et examen terminal écrit portant sur des calculs de circuits et un cas d’installation de bâtiment.

Bibliographie

• Nilsson, J. W. & Riedel, S. A. (2019). Electric Circuits. Pearson.
• Wildi, T. & Sybille, G. (2006). Électrotechnique. De Boeck.
• Schneider Electric. Guide de l’installation électrique (selon normes CEI), édition récente.
• Norme NF C 15-100 / CEI 60364 : Installations électriques à basse tension (référence de base).

Le cours de Physique II approfondit les bases acquises en Physique I dans deux domaines qui conditionnent directement la conception et l’exploitation des bâtiments : l’électromagnétisme (électricité, magnétisme, induction, courant alternatif, protection contre la foudre et effets électromagnétiques dans les matériaux) et la thermodynamique, en particulier le second principe (entropie, machines thermiques, climatiseurs et pompes à chaleur). La dernière leçon réunit ces notions dans des applications architecturales propres au climat chaud et sec du Niger : résistance thermique des parois en banco, BTC ou parpaing, consommation de climatisation, dimensionnement indicatif d’une installation photovoltaïque, sécurité électrique des logements. L’objectif est de donner les ordres de grandeur utiles au dialogue avec les bureaux d’études.

Objectifs d’apprentissage

• Appliquer la loi de Coulomb, la loi d’Ohm, l’effet Joule et calculer une chute de tension dans un câble.
• Expliquer le champ magnétique, la force de Laplace, l’induction (lois de Faraday et de Lenz) et le principe du transformateur.
• Exploiter les grandeurs du courant alternatif : valeurs efficaces, puissances active, réactive et apparente.
• Énoncer le second principe, calculer une variation d’entropie, un rendement de Carnot et un coefficient de performance.
• Calculer la résistance thermique et le coefficient U d’une paroi, le flux traversant et la puissance électrique de climatisation correspondante.
• Identifier les effets électromagnétiques utiles ou nuisibles dans les matériaux de construction (corrosion, foudre, courants induits).

Prérequis

Physique I (mécanique du point, énergie, travail, puissance, notions de chaleur et de température), Mathématiques I (dérivées, logarithme, trigonométrie).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Électrostatique, courant électrique et installations du bâtiment
2. Leçon 2 — Magnétisme, induction et courant alternatif
3. Leçon 3 — Second principe de la thermodynamique
4. Leçon 4 — Applications en architecture : parois, climatisation, solaire et sécurité

Modalités d’évaluation

Volume horaire de la maquette : 20 h de CM, 10 h de TD, 0 h de TP, 10 h de TPE, pour 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD notés, interrogations, quiz en ligne) et examen terminal écrit avec exercices chiffrés.

Bibliographie

• Tipler, P. A., & Mosca, G. (2007). Physics for Scientists and Engineers. Freeman.
• Griffiths, D. J. (2017). Introduction to Electrodynamics. Cambridge University Press.
• Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. Fundamentals of Physics. Wiley.
• Çengel, Y. A., & Boles, M. A. Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill.
• Liébard, A., & De Herde, A. (2005). Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques. Le Moniteur.