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BING-H4000

Modeling and control of dynamical systems in bioengineering

année académique
2024-2025

Titulaire(s) du cours

Philippe BOGAERTS (Coordonnateur) et Didier GONZE

Crédits ECTS

5

Langue(s) d'enseignement

anglais

Contenu du cours

Partie 1 (Ph. Bogaerts, 18h): Introduction à l'estimation paramétrique, Structures de modèles mathématiques (taxinomie, propriétés), Estimation paramétrique (moindres carrés, maximum de vraisemblance), Modélisation mathématique des réseaux biologiques, Cas d'étude.

Partie 1 (D. Gonze, 18h): Modèles discrets et continus (ODE) en dynamique des populations: équation logistique, modèles discrets de Ricker et de Nicholson-Bailey, modèle de Gompertz, effet Allee, modèles de Lotka-Volterra, chemostat, modèles SIR. Présentation de quelques articles récents. 

Partie 2 (Ph. Bogaerts, 24h): (Bio)chemical process control (Réglage d'un réacteur chimique parfaitement mélangé : rappels de principes généraux. Réglage d'un réacteur discontinu parfaitement mélangé non isotherme. Régulation de systèmes à temps mort et de systèmes à déphasage non minimum. Compensation anticipative des perturbations. Régulation de procédés à plusieurs grandeurs d'entrée et plusieurs grandeurs de sortie.).

Objectifs (et/ou acquis d'apprentissages spécifiques)

Au terme de l'enseignement, l'étudiant sera capable

  • de choisir, développer et analyser un modèle dynamique pour décrire un système en biologie et/ou en bioingénierie;

  • de construire un modèle mathématique d'un procédé sur la base de mesures expérimentales;

  • de concevoir des structures de régulation pour des procédés de l'industrie chimique et biotechnologique.

Pré-requis et Co-requis

Connaissances et compétences pré-requises ou co-requises

Bases en :
- algèbre linéaire;
- analyse de fonctions;
- théorie des statistiques et probabilités;
- dynamique des systèmes linéaires.

Plus spécifiquement :
- vecteurs et matrices (produit, inverse, trace, transposée, etc.);
- minimisation de fonctions;
- développement en série de Taylor;
- intégration d'équations différentielles ordinaires du premier ordre;
- espérance mathématique, densité de probabilité, moyenne, variance, processus stochastiques, bruit blanc, distribution gaussienne, distribution uniforme;
- équations d'état et fonctions de transfert pour les systèmes dynamiques linéaires et permanents.
 

Méthodes d'enseignement et activités d'apprentissages

Partie 1: 3 ECTS de cours magistraux (en anglais).

Partie 2: 1 ECTS de cours magistraux (en anglais) et 1 ECTS d'exercices dirigés (simulations sur ordinateur).

Contribution au profil d'enseignement

  • Modélisation mathématique des systèmes biologiques

  • Opérations unitaires, génie des procédés, régulation et optimisation

  • Choisir des méthodes d’analyse statistique pertinentes, élaborer des modèles, interpréter les résultats et évaluer leur fiabilité de manière critique

Support(s) de cours

  • Podcast
  • Syllabus
  • Université virtuelle

Autres renseignements

Contacts

Philippe Bogaerts : École polytechnique de Bruxelles, 3BIO-BioControl (Biosystems Modeling and Control); email: philippe.bogaerts@ulb.be

Didier Gonze : Faculté des Sciences, Unité de Chronobiologie théorique; email: didier.gonze@ulb.be

Campus

Solbosch

Evaluation

Méthode(s) d'évaluation

  • Examen écrit
  • Examen oral

Examen écrit

Examen oral

1ère épreuve : examen écrit avec le Prof. D. Gonze

  • matière : Partie 1 enseignée par le Prof. Gonze

2ème épreuve : examen oral (sans préparation) avec le Prof. Ph. Bogaerts

  • matière de la question 1 : Partie 1 enseignée par le Prof. Bogaerts
  • matière de la question 2 : Partie 2

Construction de la note (en ce compris, la pondération des notes partielles)

  • Examen écrit Prof. Gonze : 30% (note 1)
  • Examen oral Prof. Bogaerts (Partie 1 « modélisation ») : 30% (note 2)
  • Examen oral Prof. Bogaerts (Partie 2 « contrôle ») : 40% (note 3)

Note finale = 0,3 * note 1 + 0,3 * note 2 + 0,4 * note 3

Si l’une de ces trois notes partielles est supérieure ou égale à 10/20, elle est alors définitivement acquise (de session en session et/ou d’année en année) et l’épreuve correspondante ne peut plus être représentée.

Une note de présence peut être obtenue pour 1, 2 ou les 3 note(s) partielle(s) mentionnée(s) ci-dessus, conduisant alors à une note de présence pour la note finale de l’unité d’enseignement. Cependant, il reste possible d’acquérir définitivement un résultat supérieur ou égal à 10/20 pour la (ou les) note(s) partielle(s) dont les épreuves correspondantes auraient été présentées avec succès.

Si, à l'issue de la délibération, l'UE n'est pas validée, alors toutes les épreuves dont la note est inférieure à 10/20 doivent être représentées (d'une session à l'autre ou d'une année à l'autre). 
 

Langue(s) d'évaluation

  • anglais

Programmes