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BTS

« Techniques physiques pour l'industrie et le laboratoire » : définition et conditions de délivrance

NOR : ESRS1307475A
arrêté du 12-4-2013 - J.O. du 8-5-2013
ESR - DGESIP A2


Vu décret n° 95-665 du 9-5-1995 modifié ; arrêté du 29-7-1998 modifié ; avis de la commission professionnelle consultative « métallurgie » du 28-1-2013 ; avis du Cneser du 18-3-2013 ; avis du CSE du 21-3-2013

Article 1 - Le programme de sciences physiques figurant à l'annexe I de l'arrêté du 29 juillet 1998 susvisé est remplacé par le programme de sciences physiques figurant en annexe du présent arrêté.

 

Article 2 - Les dispositions du présent arrêté sont applicables à compter de la rentrée 2013.

 

Article 3 - La directrice générale pour l'enseignement supérieur et l'insertion professionnelle et les recteurs d'académie sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent arrêté qui sera publié au Journal officiel de la République française.

 

Fait le 12 avril 2013,


Pour la ministre de l'enseignement supérieur et de la recherche
et par délégation,
Par empêchement de la directrice générale pour l'enseignement supérieur et l'insertion professionnelle,
Le chef de service de la stratégie de l'enseignement supérieur et de l'insertion professionnelle,
Jean-Michel Jolion


Nota - Les annexes sont publiées ci-après. Le présent arrêté et l'intégralité de ses annexes sont mis en ligne sur les sites http://www.education.gouv.fr et http://www.enseignementsup-recherche.gouv.fr


Annexe

BTS Techniques physiques pour l'industrie et le laboratoire

Techniques des mesures

 

Le programme, pour chacune des matières, comporte un certain nombre de rubriques qui seront abordées sur l'ensemble des deux années. L'ordre dans lequel ces rubriques sont étudiées est laissé à l'initiative des professeurs qui tiendront compte, pour organiser leur progression, des projets personnels des étudiants et des compétences acquises antérieurement.

On aura constamment à l'esprit la finalité professionnelle du diplôme ; on évitera donc les développements mathématiques superflus et l'on privilégiera l'approche concrète, l'étude au laboratoire ou à partir de dispositifs industriels, d'objets technologiques et de situations concrètes. Cette approche place l'étudiant en situation de recherche, dans une posture technicienne en affirmant son autonomie, la prise d'initiative et permet au professeur de gagner un temps précieux. L'équipe enseignante recherchera toutes les occasions de convergences afin de limiter les redondances par des présentations concertées, de donner l'exemple du travail en commun dont on montre ainsi l'intérêt, et d'entraîner l'étudiant à la vision systémique.

La sécurité et l'environnement ne figurent pas explicitement dans le programme. Cependant, ces notions doivent être systématiquement introduites dans les enseignements dispensés et dans les activités des étudiants.

Il est superflu de reprendre systématiquement les prérequis ; de rapides tests préalables doivent permettre aux étudiants de recenser leurs lacunes et de prendre les dispositions nécessaires pour les combler. Il n'y a pas lieu d'effectuer systématiquement l'étude théorique avant la mise en œuvre d'un phénomène ou d'un appareil. L'essentiel de ces notions doit être abordé par une approche concrète et expérimentale, permettant à l'étudiant de pratiquer une démarche scientifique, seul ou en groupe.

Électricité

1. Connaissances et savoir-faire

L'enseignement dispensé sous cette rubrique doit permettre au titulaire du BTS Techniques physiques pour l'industrie et le laboratoire de :

- Mettre en œuvre les composants de l'électronique analogique et numérique.

- Concevoir et tester des montages réalisant les principales fonctions de l'électronique.

- Mettre en œuvre et tester des composants et des montages d'électronique de puissance, d'électrotechnique, sans théorie excessive.

- Maîtriser les techniques usuelles de mesures électriques, d'acquisition et d'instrumentation en prenant conscience que la détermination des incertitudes apporte une plus-value aux grandeurs mesurées.

- Être conscient des avancées et des progrès dans le domaine du contrôle et de la qualité.

2. Programme

L'étude théorique sera réduite au strict minimum. En revanche, on recherchera toutes les occasions de conduire l'étude au laboratoire, dans le cas des composants isolés ou préférentiellement, au sein de montages. Il n'y a pas lieu de revenir sur les connaissances et savoir-faire exigés des bacheliers scientifiques et technologiques.

Circuits électriques

- Lois générales des réseaux linéaires, dans le cas des régimes continu, sinusoïdal permanent, alternatif non sinusoïdal.

- Réponses transitoires de système (il s'agit de réinvestir à bon escient les notions vues en mathématiques, en privilégiant l'exploitation et l'extraction d'informations à partir d'un relevé ou d'un spectre produit par un équipement).

- Étude et bilan énergétique.

- Systèmes triphasés équilibrés.

Composants électroniques

- Composants de l'électronique et leur mise en œuvre. On limitera l'étude théorique à :

. la modélisation des dipôles passifs inductif et capacitif en basse fréquence ;

. la modélisation en haute fréquence en tenant compte de l'effet de peau, des capacités parasites et des inductances de couplage.
La validation des modèles sera faite expérimentalement ou en utilisant un logiciel de simulation.

- Composants de l'optoélectronique en liaison avec l'enseignement d'optique.

- Physique des composants associée (pas de connaissances théoriques exigibles).

Électronique

L'étude porte sur l'électronique analogique et sur l'électronique numérique. Elle a pour objectif la maîtrise des différentes fonctions mises en œuvre dans les domaines de l'acquisition, du traitement et de la transmission des données. Cette maîtrise comprend une connaissance des dispositifs réalisant ces fonctions.

Dans tous les cas, on limite l'aspect mathématique au minimum. On privilégie l'utilisation d'abaques et d'outils de résolution numérique en liaison avec l'enseignement de mesures et instrumentation.

- Production de signaux. On se limitera aux cas suivants : oscillateur harmonique, oscillateur quasi-sinusoïdal, astable.

- Modulation - démodulation, pour la transmission d'informations.

- Amplification (utilisation d'amplificateur d'instrumentation pour le conditionnement d'un signal fourni par un capteur).

- Filtrage actif et passif (utilisation de logiciel de détermination automatique de filtres à partir d'un gabarit).

- La logique est abordée en mesures et instrumentation et peut être l'occasion de l'utilisation un microcontrôleur, sans développement excessif.

- Conversions analogique/numérique et numérique/analogique. Une approche expérimentale est à privilégier : techniques de conversion, paramètres caractéristiques des convertisseurs. Être capable de choisir un convertisseur et de le mettre en œuvre, d'effectuer le paramétrage d'un système d'acquisition, pour une situation définie.

Convertisseurs

On se limitera, sans développement théorique excessif, à la connaissance des principaux phénomènes physiques qui contribuent à l'explication et l'interprétation du fonctionnement de nombreux capteurs et techniques de contrôle non destructif.

- Champ magnétique, théorème d'Ampère.

- Loi de Lenz, courants de Foucault, auto induction.

- Force de Laplace.

- Hystérésis, circuits magnétiques non saturés, saturés.

- Convertisseurs statiques :

. transformateurs monophasés : principe et mise en œuvre ;

. approche globale et externe des convertisseurs d'électronique de puissance sous forme de fonction permettant d'adapter l'énergie à un récepteur.

- Convertisseurs électromécaniques :

. machines tournantes : principe et mise en œuvre dans la conversion d'énergie, sans étude théorique excessive. Savoir lire et exploiter une plaque signalétique, contrôler un convertisseur électromécanique par un essai.
On privilégiera une approche expérimentale et globale. Les travaux pratiques permettent de mettre en œuvre des montages et des situations pour lesquelles l'étudiant effectue et exploite les mesures adaptées aux différentes situations rencontrées (tension, intensité, puissance, température, taux de distorsion harmonique, analyse spectrale, etc.).

Capteurs

L'étude porte sur le principe de différents capteurs (température, pression, déplacement, débit, force, par exemple), sur leur réalisation technologique et les conditions d'exploitation. Le laboratoire se prête bien à cette étude :

- principes physiques utilisés dans les capteurs, et dans une chaine de mesure ;

- vocabulaire associé aux capteurs (étendue de mesure, sensibilité, linéarité, rapidité, grandeurs d'influence), notion d'étalon, analyser et exploiter la documentation d'un capteur, proposer et justifier un choix de capteur ;

- perturbations électromagnétiques, influence et minimisation ;

- mise en œuvre des capteurs numériques en liaison avec l'enseignement de mesures et instrumentation.

Mécanique

1. Connaissances et savoir-faire

Les connaissances et savoir-faire en mécanique doivent permettre au titulaire du BTS Techniques physique pour l'industrie et le laboratoire de :

- Comprendre le principe de réalisation et de fonctionnement de dispositifs employés en analyse ou dans les techniques du vide.

- D'analyser ces dispositifs et proposer des solutions susceptibles de les améliorer en adoptant une démarche scientifique et technicienne.

- D'analyser leurs éventuelles anomalies de fonctionnement et proposer des solutions propres à y remédier.

- Connaître les techniques du vide : mesure des pressions, de débits, réalisation du vide, écoulement des fluides dans des canalisations.

2. Programme

Éléments de cinématique

- Cinématique du point.

- Cinématique du solide.

Dynamique du point matériel

- Quantité de mouvement, moment cinétique, énergie mécanique. Lois de la dynamique.

- Étude de quelques mouvements : on se place dans des situations concrètes. 

Systèmes matériels

- Lois de conservation.

- Dans le cas d'un solide : quantité de mouvement, moment cinétique, énergie cinétique (on pourra s'intéresser à l'équilibrage d'un rotor, équilibrage statique et équilibrage dynamique ; l'approche se fera de manière concrète, sans recours à un appareil mathématique important).

- Contact de deux solides : frottements.

Mécanique des fluides

- Statique :

. la pression, sa mesure, théorème de Pascal ;

. forces pressantes (on se limite à des cas simples) ;

. capillarité.

- Dynamique :

. applications des lois de l'écoulement ;

. mesure de débits ;

. viscosité ;

. éléments de dynamique des fluides compressibles.

Optique, optoélectronique et imagerie

1. Connaissances et savoir-faire
Les connaissances et savoir-faire en optique doivent permettre au titulaire du BTS Techniques physique pour l'industrie et le laboratoire de :

- Faire l'étude analytique et mettre en œuvre des appareillages optiques.

- Choisir et mettre en œuvre les matériels nécessaires à un montage : sources, composants, capteurs.

- Maîtriser les techniques de mesures optiques, d'acquisition, de traitement des résultats.

- Proposer des solutions pour améliorer un appareillage, une méthode.

2. Programme

On aura constamment présent à l'esprit le fait que l'optique ne se réduit pas au visible et qu'elle s'étend à l'ensemble des radiations électromagnétiques, aux ondes mécaniques, aux ondes de de Broglie. Le choix judicieux des exemples des équipements industriels permettra d'en donner une illustration convaincante.

Sources et détecteurs

- Éléments de photométrie.

- Émission de lumière :

. par les corps portés à haute température, par les gaz et les vapeurs ;

. émission spontanée, émission stimulée ;

. sources lumineuses.

- Détecteurs de lumière :

. l'œil.

Une bonne part de l'étude des sources et détecteurs peut être menée au laboratoire et en liaison avec le cours d'électronique.

Optique géométrique

- Lois de l'optique géométrique.

- Formation des images : stigmatisme.

- Composants optiques : miroirs, dioptres, lentilles.

- Systèmes centrés : éléments cardinaux (à une étude générale et abstraite, on préférera une approche concrète, à partir d'un oculaire par exemple).

- Existence des aberrations chromatiques et géométriques.

3. Optique ondulatoire

- Propagation des ondes :

. cohérence temporelle, cohérence spatiale ;

. effet Doppler, application aux mesures de vitesse (vélocimétrie LASER) ;

. interférences et diffraction : pour ces deux phénomènes, on privilégiera la compréhension du principe, des performances et des limites des techniques, des méthodes, et des appareils qui les mettent en œuvre, sans en rechercher l'analyse exhaustive et en évitant tout développement théorique excessif ;

. polarisation (uniquement en travaux pratiques).

Instrumentation

- Optique guidée

. fibres optiques ;

. caractéristiques d'une fibre à saut d'indice.

- Instruments d'optique : l'étude d'un exemple permet d'introduire les propriétés des instruments.

- Spectrométrie.

Thermodynamique et thermique

1. Connaissances et savoir-faire

Les connaissances et savoir-faire en thermodynamique et thermique doivent permettre au titulaire du BTS Techniques physiques pour l'industrie et le laboratoire de :

- Faire l'étude analytique et mettre en œuvre des appareillages dans les domaines de la thermique.

- Choisir et mettre en œuvre, en tenant compte des règles de sécurité, les matériels nécessaires à un montage : radiateurs, échangeurs, pompes à vide.

- Maîtriser les techniques de mesure de pression et de température, les méthodes d'acquisition et de traitement des résultats.

- Proposer des solutions pour améliorer un appareillage, une méthode. 

2. Programme

Ce programme inclut celui de technique du vide qui sera, pour l'essentiel, étudié au laboratoire. L'approche des principes et notions doit être très concrète ; elle peut être partiellement conduite au laboratoire au moyen d'une pompe à chaleur par exemple. On n'abusera pas des équations aux dérivées partielles et on aura recours aux diagrammes thermodynamiques aussi fréquemment que possible, afin que les étudiants les utilisent sans hésitation.

Système thermodynamique

- Système et milieu extérieur.

- Équilibre thermodynamique.

- Variables d'état ; équation d'état ; fonction d'état.

- Transferts de chaleur.

Température

- Mesure des températures

Premier principe

- Chaleur et travail.

- Premier principe.

- Énergie interne. Enthalpie.

Les gaz parfaits

- Équation d'état des gaz parfaits.

Second principe

- Entropie. Énergie libre. Enthalpie libre.

Équilibres physiques

- Changement d'état des corps purs.

- Relation de Clapeyron.

- Diagrammes thermodynamiques : TS et diagramme de Mollier.

Technique du vide

- Les pompes à vide.

- Les mesures de pression.

- Applications du vide et de l'ultravide.

Chimie

Le cours de chimie porte pour une bonne part sur les solutions aqueuses et les méthodes d'analyse, dont l'étude peut être conduite essentiellement au laboratoire ou illustrée sur des dispositifs existants. L'approche globale des équipements de mesures utilisées dans les laboratoires de chimie permet d'aborder le programme de chimie sans trop de technicité.

L'atome

- Noyau atomique :

. stabilité et instabilité des nucléides ;

. différents types de transformations radioactives : désintégration ;

. filiations.

- Activité des radionucléides :

. interactions rayonnement-matière ;

. détection et mesure des rayonnements ;

. éléments de radioprotection.

- Cortège électronique.

. classification périodique ;

. quantification de l'énergie : émission, absorption.

La molécule

- Notion de liaison chimique ; aspects énergétiques.

- Niveaux d'énergie dans une molécule ; spectrophotométrie d'absorption et applications.

- Formes et dimensions des molécules. Application aux cristaux liquides (on s'intéresse en particulier à l'action d'un champ extérieur et au principe de dispositifs d'affichage).

- Structure des molécules. Application : polarimétrie.

Cinétique

Cinétique formelle. L'étude doit être menée au laboratoire sans développement excessif.

Chimie des solutions diluées

Cette étude doit être conduite pour l'essentiel au laboratoire et en limitant les développements mathématiques ; on peut aussi recourir à des simulations.

- Acido-basicité, précipitation, complexation. Dosages. Oxydo-réduction.

- Dosages.

Mesures et instrumentation 

On n'omettra pas de valoriser les acquis antérieurs des étudiants, ce qui permettra d'alléger d'autant la présentation théorique. Cette partie doit se retrouver dans les enseignements disciplinaires de laboratoire, afin de mettre en œuvre ou d'améliorer une chaîne de mesure automatisée ou semi-automatique, l'enregistrement, l'exploitation et le traitement des données.

Systèmes informatiques généralistes

- Utilisation d'un système d'exploitation.

- Utilisation de logiciels généralistes : tableurs, traitement de texte, base de données, logiciel de présentation pour communiquer et restituer des informations.

- Utilisation et exploitation des ressources d'internet.

Bases de programmation

- Structure des données.

- Logique combinatoire et séquentielle :

. opérateurs logiques, fonctions logiques, multiplexeur ;

. fonction mémoire (bascules RS, JK, registre) sans théorie excessive ;

. compteurs (mis en œuvre sur carte d'acquisition : comptage d'évènements / mesure de temps).

- Algorithmique limitée au strict nécessaire pour l'interfaçage et l'instrumentation.

- Utilisation d'un langage adapté à l'instrumentation (ex : Labview, Matlab, VeePro) pour la mise en œuvre rapide d'une chaîne de mesure adaptée au contrôle qualité.

Acquisition de données (sur PC)

- Organisation d'une chaîne d'acquisition de données :

. Capteurs, conditionneur de signal, filtre, amplificateur, multiplexeur.

- Caractéristiques métrologiques des dispositifs constitutifs de la chaîne :

incertitude apportée par un dispositif ;

. caractéristiques statiques et dynamiques ;

. savoir choisir et régler un dispositif d'acquisition d'après les contraintes imposées ;

. incertitudes : justesse de la chaîne de mesure, amélioration.

- Carte d'acquisition :

. architecture matérielle (limité à du vocabulaire) ;

. choix des paramètres d'une carte d'acquisition : types de CAN, fréquence d'échantillonnage, profondeur de mémoire, entrée multiplexée ou pas, temps réel ou pas.

- Transmission de données :

. boucle de courant ;

. transmissions numériques (série, parallèle, bus IEEE, bus industriels, réseaux). Il s'agit d'apporter des connaissances sans rentrer dans une étude théorique de ces techniques de transmission.

- Acquisition automatisée de mesures (Labview, Matlab, Veepro, etc.)

. acquisition de mesures ;

. sauvegarde des mesures ;

. exploitation et traitement des mesures (en temps réel ou différé) ;

. filtrage numérique (en liaison avec le cours de mathématiques et l'enseignement de mesures et d'instrumentation).

Projet

Un élève venant d'un baccalauréat technologique a déjà été initié à la conduite d'un projet, pour résoudre un problème. Il est important qu'un futur technicien sache mobiliser des compétences pluridisciplinaires, dans la pratique d'une démarche scientifique afin d'être capable de faire des choix, de les justifier, de concevoir et mettre en œuvre un protocole et de proposer des améliorations.

C'est aussi l'occasion de conduire des activités au laboratoire, au sein d'une une équipe avec des tâches complexes à effectuer en autonomie, avec une organisation réfléchie et planifiée, en respectant un calendrier.

L'équipe pédagogique pourra proposer une thématique ou en valider une choisie par les élèves dans laquelle plusieurs matières scientifiques sont présentes et collaborent à l'aboutissement d'un projet.

Cela pourra être également l'occasion d'approfondir des contenus répondant au besoin spécifique d'un tissu industriel local et de nouer des partenariats avec des entreprises ou des laboratoires. Il s'agit également d'aiguiser chez l'étudiant « une culture d'entreprise »  toujours partagée mais trop peu formalisée, de partager une manière commune d'aborder un problème et développer une cohérence dans les façons de penser et d'agir. 

À partir de l'émergence d'une idée, les élèves, travaillant en équipe, doivent :

- questionner le sujet et dégager un problème initial ;

- formuler une problématique ;

- définir une procédure de résolution, établir un cahier des charges, planifier le travail, répartir les tâches et les réaliser ;

- choisir une solution et la justifier d'un point de vue scientifique, technologique, socioéconomique ;

- réaliser tout ou partie de la solution ;

- rendre compte de leur démarche et de leurs résultats à l'écrit ou à l'oral en utilisant des supports de communication variés tout au long du projet lors des points d'étape et lors de la présentation finale.

Ce sera aussi l'occasion de développer l'autonomie, et l'esprit critique.

 

 

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