Port (système)
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En dynamique des systèmes, un port ou une porte ou un accès est le lieu par lequel deux sous-systèmes interconnectés échangent de l'énergie[1]. Ce lieu peut être un dispositif technique spécifiquement conçu pour échanger de l'énergie comme par exemple les quatre bornes d'un circuit électrique triphasé (correspondant aux trois phases plus le neutre), ou bien être plus abstrait ou plus diffus comme l'ensemble des surfaces extérieures d'un bâtiment qui échangent de la chaleur avec l'environnement sous les trois formes possibles (conduction, convection, rayonnement).
La notion de port est étroitement liée à la modélisation des systèmes dynamiques et en particulier aux méthodes de modélisation basée sur la conservation de l'énergie comme les graphes de liaisons ou les graphes linéaires. L'utilisation d'analogies, comme celles de Maxwell ou de Firestone, permet de définir des ports pour tous les domaines de la physique (mécanique, électricité, magnétisme, thermique, etc).
En toute rigueur, pour un système donné, tous les échanges d'énergie avec l'environnement devrait être matérialisés par des ports distincts par domaine d'énergie. Toutefois dans la pratique des méthodes de modélisation, les ingénieurs construisent des modèles en faisant des hypothèses simplificatrices qui peuvent amener à négliger certains échanges d'énergie, et donc à ne pas matérialiser les ports correspondant.
Les méthodes de modélisation associent généralement deux quantités variables à un port : l'une représente un effort généralisé et l'autre un flux généralisé, telles que le produit des deux est la puissance instantanée échangée par le port. La signification de ces quantités est détaillée pour quelques domaines physiques dans le tableau suivant :
| Domaine d'énergie | Effort généralisé | Flux généralisé |
|---|---|---|
| mécanique, translation | force | vitesse linéaire |
| mécanique, rotation | couple | vitesse angulaire |
| électrique | tension | courant |
| hydraulique | pression | débit volumique |
| magnétique | force magnétomotrice | variation du flux magnétique |
| thermique | température | chaleur ou débit entropique |
| chimique | potentiel chimique | débit molaire |
Un composant ou partie d'un système comprenant plusieurs ports est appelée un multiport.
Histoire
Le concept de port a été introduit en 1949 par Harold Wheeler et Dettinger[2] dans le cadre de la théorie des circuits électriques. Il a ensuite été étendu aux autres domaines de la physique (mécanique, hydraulique, thermique, etc) par Henry Paynter en 1959 dans le cadre des graphes de liaisons.
Cas des circuits électriques
Dans le cas d'un circuit électrique, un port est défini comme un ensemble de bornes pour lesquelles la loi des nœuds est vérifiée. Ainsi un dipôle électrique est un composant comportant un seul port, tandis qu'un transformateur électrique en comporte au moins deux. De même, un quadripôle électrique au sens strict comporte exactement deux ports.
Plus généralement dans un graphe linéaire, toute coupe au sens de la théorie des graphes, vérifie la propriété dite de nodicité. Ceci signifie que les bornes laissées libres par la coupe dans chaque composante connexe du graphe forment un port, les flux généralisés portés par les arêtes de la coupe vérifiant la loi des nœuds[3].
