Les « procédés » regroupent toutes les approches scientifiques de mise en oeuvre d'une ou de plusieurs techniques de transformation de matière et/ou d'énergie pour l'obtention de divers produits.
Toute méthode scientifique de conception d'un procédé est le résultat de la conjugaison des connaissances issues de différentes disciplines. De ce fait, la thermodynamique constitue la discipline de base dans la formation en génie des procédés. L'application des lois et concepts de la thermodynamique est indispensable en amont de la conception et de l'optimisation de tout procédé, et permet en aval de contrôler sa fiabilité et sa validité.
Cet ouvrage, en deux volumes, propose une approche pragmatique à travers les exemples pratiques et variés choisis pour leur intérêt didactique et industriel.
Thermodynamique des procédés 2 est consacré à l'étude des équilibres entre phases dans le cas des quatre changements d'état physique - fusion, ébullition ou vaporisation, sublimation et allotropie ou transition. Il comprend également une partie énergétique dans ses aspects exergie et cycles thermiques.
Ce second volume présente des exemples scientifiques et techniques, aussi bien théoriques qu'industriels, qui sont le fruit d'une sélection minutieuse, réalisée sur plus de trois décennies d'enseignement en thermodynamique et de collaboration avec le secteur de l'industrie. Les exercices didactiques et les problèmes pratiques sont entièrement dédiés à la compréhension de cette science et aux applications potentielles pour le monde industriel.
Cet ouvrage constitue un outil de travail et de réflexion indispensable aussi bien à l'étudiant en formation qu'à l'ingénieur ou au chercheur expérimenté.
Cet ouvrage examine des schémas numériques stables pour fluides incompressibles, structures élastiques linéaires et non linéaires, ainsi que pour l'interaction fluide-structure. Il expose une sélection de méthodes fondamentales, mais aussi quelques nouvelles approches.
Pour les fluides gouvernés par les équations de Stokes et de Navier-Stokes, cet ouvrage présente la méthode des éléments finis mixtes. Dans le cas où le domaine occupé par le fluide est en mouvement, le formalisme ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) est employé. Des schémas sont analysés pour les structures élastiques linéaires ou qui vérifient le modèle de Saint Venant- Kirchhoff. Pour l'interaction fluide-structure, l'ouvrage expose d'abord un schéma implicite, puis un schéma semi-implicite où le domaine du fluide est calculé d'une manière explicite.
L'auteur donne la démonstration détaillée de la stabilité pour chaque schéma présenté. Chaque chapitre se termine par des tests numériques qui confirment les résultats théoriques. Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en Master 2 mathématiques ainsi qu'aux élèves des écoles d'ingénieurs.
Mécaniques des solides, des matériaux et des structures aéronautiques analyse l'ensemble des notions nécessaires au dimensionnement d'une structure dans le domaine aéronautique. Il présente les notions classiques de la mécanique - contraintes, déformations, lois de comportement, critères de dimensionnement, etc. - avec un intérêt particulier porté aux critères propres à l'aéronautique, tels que les charges limites et les charges extrêmes. Après avoir traité des méthodes de résolution, et en particulier de la méthode des éléments finis, il analyse la plasticité afin de mettre en avant son influence et son bénéfice à la fois sur les critères de dimensionnement et sur le dimensionnement des structures. Il étudie enfin la physique des deux matériaux principaux des structures aéronautiques, à savoir l'aluminium et les matériaux composites, afin d'éclairer les critères énoncés dans le reste de l'ouvrage. Des exercices, et leur correction détaillée, permettent de mettre en pratique les notions présentées et de tester la compréhension du lecteur des différents sujets.
L'étude des propriétés caractéristiques de signaux et systèmes, et la connaissance des outils mathématiques et des méthodes de traitement et analyse, prennent de l'importance et ne cessent d'évoluer. La raison en est que l'état actuel de la technique, particulièrement de l'électronique et de l'informatique, rend possible la réalisation de systèmes de traitement très avancés, efficaces et de moins en moins coûteux en dépit de la complexité.
Modélisation et analyse de systèmes embarqués fait suite au premier volume et traite des signaux et des systèmes déterministes, linéaires, invariants dans le temps, de dimensions finies et causales. Un ensemble d'outils pratiques est défini pour l'automatique et le traitement du signal, ainsi que pour la présentation et l'analyse comportementale des méthodes de représentation des systèmes linéaires dynamiques. Cet ouvrage aborde également l'identification et la synthèse de lois de commandes dans le but de la stabilisation et de la régulation. Une application à l'assistance à domicile à l'aide du robot NAO y est détaillée.
Le souhait d'un designer électronique est de trouver rapidement, dans le même espace réduit et concis, les démonstrations théoriques relatives aux amplificateurs, accompagnées d'une simulation qui valide la théorie et permet d'envisager une réalisation concrète.
Amplificateurs BF et RF répond à cet objectif et au souhait tout à fait légitime du designer. Un bref rappel est consacré aux différents modèles du transistor. L'analyse des montages classiques sert de tremplin à des montages plus complexes. À cette analyse s'ajoute l'étude des causes de la distorsion, phénomène peu traité. L'étage cascode, particulièrement important, est ensuite abordé. Une place primordiale est allouée aux étages différentiels, différentiels basiques, différentiels cascode mais aussi cascomp et cross-quad dont la démonstration mathématique est extrêmement rare.
L'ouvrage est complété par de nombreux exemples d'amplificateurs en BF ou en RF comme l'amplificateur en classe E.
Dans cet ouvrage, un bref rappel est consacré aux paramètres importants caractérisant les oscillateurs. Une méthode de calcul simple et systématique est ensuite exposée et appliquée à tous les types d'oscillateurs.
De très nombreux exemples d'oscillateurs BF, bâtis autour d'amplificateurs opérationnels, sont présentés. Une attention particulière est portée sur des structures permettant de réduire la distorsion de manière importante. En RF, les oscillateurs à sortie asymétrique, conçus autour d'un unique transistor, Colpitts, Clapp ou Vackar à résonnance série ou parallèle, sont largement traités. Différents oscillateurs symétriques, créés autour d'une paire différentielle, terminent la description des structures usuelles en mettant l'accent sur une topologie préférable.
Les méthodes d'optimisation et d'amélioration du bruit de phase sont clairement posées et accompagnées d'exemples, qui pourront être repris et transposés, et de simulations validant les démonstrations. Le dernier chapitre présente une nouvelle structure d'oscillateur RF très prometteuse, baptisée Bora, qui donne des résultats exceptionnels.
L'utilisation des ondes élastiques touche des domaines aussi variés que l'évaluation non destructive des matériaux, la médecine, la sismologie ou les télécommunications.
Ondes élastiques dans les solides 1 présente les différents modes de propagation des ondes élastiques dans des milieux et des structures de plus en plus complexes. Il étudie en premier lieu la propagation dans un solide illimité où seules les propriétés du matériau sont à prendre en compte. Il analyse ensuite des phénomènes de réflexion et de transmission à une interface avec un fluide ou un second solide. Il expose la recherche des modes de propagation sur une surface libre ou à l'interface entre deux milieux. Enfin, il propose une étude de la propagation dispersive des ondes élastiques guidées par une plaque ou un cylindre.
Cet ouvrage s'adresse aux étudiants des masters d'acoustique, de mécanique, de géophysique, aux élèves ingénieurs ainsi qu'aux enseignants-chercheurs de ces disciplines.
L'utilisation des ondes élastiques touche des domaines aussi variés que l'évaluation non destructive des matériaux, la médecine, la sismologie ou les télécommunications.
Ondes élastiques dans les solides 2 analyse le rayonnement, la diffusion et la génération de ces ondes. Il traite de l'émission d'ondes de volume ou de surface par des sources localisées sur la surface d'un solide isotrope ou anisotrope. Il examine la diffusion d'une onde élastique longitudinale ou transverse par une ou plusieurs hétérogénéités, de forme cylindrique ou sphérique. Enfin, il décrit les méthodes et les dispositifs utilisés pour engendrer et détecter les différentes ondes élastiques, par effet piézoélectrique ou par l'interaction avec un faisceau laser. De nombreuses figures illustrent ces phénomènes. Des ordres de grandeur des paramètres caractéristiques sont aussi régulièrement présentés dans le texte.
Cet ouvrage s'adresse aux étudiants des masters d'acoustique, de mécanique, de géophysique, aux élèves ingénieurs ainsi qu'aux enseignants-chercheurs de ces disciplines.
L'appareil photographique numérique cache des innovations technologiques remarquables qui concernent la formation de l'image, la représentation des couleurs ou l'automatisation des mesures et des réglages. Du photon au pixel décrit l'appareil aussi bien du point de vue de la physique des phénomènes mis en jeu, que de la technique des composants et des logiciels qu'il emploie. S'appuyant sur les propriétés perceptuelles du système visuel ainsi que sur les standards de transmission et de représentation, il analyse les solutions proposées pour répondre aux demandes du photographe concernant la mise au point, le contraste, la balance des blancs ou la stabilisation de l'image. Les architectures avancées adoptées dans les téléphones mobiles et les développements de la photographie computationnelle sont également présentés, préfigurant les fonctionnalités de l'appareil futur. Enrichie de nouvelles illustrations, cette seconde édition corrigée et mise à jour est complétée par un état de l'art des travaux dédiés à la caractérisation de l'esthétique en photographie.
Les analyses physiques fines des échanges qui entrent en jeu dans les couches textiles et autour du corps humain sont ici associées aux modèles physiologiques les plus élaborés. Cet ouvrage propose un modèle dynamique général des transferts de chaleur et d'humidité à travers des couches textiles, incluant conduction, convection, diffusion, capillarité et rayonnement. Les méthodes de mesure des paramètres physiques caractérisant les phénomènes de transfert sont évaluées. Pour chaque exemple de condensation, d'évaporation, de rayonnement ou de filtration, le modèle général se simplifie pour une résolution simple des équations. Didactique, Echanges de chaleur et d'humidité homme-environnement présente des exemples tirés du quotidien avant de revenir sur une analyse détaillée des phénomènes de transfert. En convection naturelle ou forcée, les méthodes intégrales de détermination des coefficients d'échange sont revisitées afin d'obtenir de bons ordres de grandeur pour des géométries complexes à partir de quelques données expérimentales.
Les instruments optiques perfectionnés qui se trouvent à bord des satellites et des véhicules spatiaux permettent d'accéder à une connaissance chaque jour plus fine des complexités physiques de l'univers et de notre planète. Cet ouvrage expose en détail les bases de l'optique spatiale et étudie les diverses étapes du développement instrumental, notamment celles de faisabilité et de pré-dimensionnement en prenant compte les contraintes liées à l'environnement spatial. Par son approche pédagogique, il propose une initiation à la conception et à la réalisation d'instruments spatiaux, puis présente un large choix de missions et d'instruments optiques sélectionnés en fonction de leur originalité et de leur usage dans des systèmes opérationnels. Les mesures de performances avant lancement, pendant les opérations en orbite et à l'issue de l'exploitation des données après réception au sol sont développées par les concepteurs eux-mêmes, responsables de programmes spatiaux internationaux de grande renommée.
La mécanique des milieux discrets est une vision primitive de la Loi fondamentale de la dynamique que Newton énonça dans ses Principia en 1686. La voie originale choisie pour dériver les équations de la mécanique est basée sur des concepts élémentaires de géométrie différentielle où la conservation des flux est exprimée sur un segment d'une topologie discrète. Elle abandonne ainsi la notion de milieu continu. Cet ouvrage présente la loi fondamentale de la dynamique, fusionnée avec l'équation de conservation de la masse, qui s'écrit formellement comme la somme d'une contribution irrotationnelle et d'une autre solénoïdale suivant une décomposition de Hodge-Helmholtz. Le gradient du potentiel scalaire est associé aux forces de pression tandis que le rotationnel du potentiel vecteur correspond aux forces visqueuses. L'équation discrète du mouvement ainsi obtenue réunit, au premier ordre, des phénomènes tels que la diffusion de la quantité de mouvement, la propagation des ondes, la dissipation visqueuse ou des ondes, etc. La formulation unique pour les fluides et les solides est exempte de toute loi constitutive.
La série Thermodynamique chimique approfondie présente l'ensemble des thèmes de la thermodynamique utiles à la chimie, aux matériaux, à l'électrochimie, aux phénomènes de surface et au génie des procédés. Cet ouvrage traite de la modélisation des phases liquides. Les liquides purs sont décrits par les deux voies de la fonction de distribution radiale et des fonctions de partition. Différents modèles qui vont des plus simples aux plus complexes sont présentés. Les modèles de solution moléculaires macroscopiques et microscopiques les plus modernes, qui intègrent les notions de composition locale et d'entropie d'excès combinatoire, ainsi que les modèles de solutions ioniques qui combinent le terme dû aux effets électriques (le modèle de Debye et Hückel) et les termes de composition locale et d'entropie d'excès combinatoire. L'exposé des différentes méthodes expérimentales de détermination de l'activité ou du coefficient d'activité d'un constituant d'une solution est également développé.
Pédagogique, la série Rayons X et Matière offre une synthèse de référence des différents aspects de l'interaction entre le rayonnement X et la matière, qu'il s'agisse de développements instrumentaux, d'approches méthodologiques ou d'applications de l'étude de cette interaction à un champ scientifique spécifique. Ce cinquième volume présente des considérations de principe décrivant la diffusion des rayons X et s'étend jusqu'à des applications particulières en passant par la description de certaines méthodes expérimentales spécifiques. Les chapitres, rédigés par des auteurs reconnus, correspondent à des conférences invitées qui ont été présentées lors du colloque Rayons X et matière - RX2013.
Cette introduction à la théorie des plaques élastiques dans le cadre non linéaire des transformations finies présente les modèles de Cosserat, de Reissner-Mindlin et de Kirchhoff-Love, dans l'ordre de complexité croissante des équations. En plus d'exposer les passerelles entre ces différents modèles, Théorie non linéaire des plaques élastiques met en exergue deux types de résultats : ceux dépendant uniquement de l'hypothèse cinématique propre au modèle de plaque, valables donc quel que soit le matériau constitutif, et ceux supposant une loi de comportement hyperélastique. L'ouvrage traite également de la question de la linéarisation des équations de plaques en vue d'étudier l'instabilité ou le flambement. Contenant des rappels mathématiques nécessaires pour rendre l'exposé autonome, l'ouvrage s'adresse aux étudiants de Master et en écoles d'ingénieurs, aux chercheurs et aux ingénieurs en mécanique des structures ou en génie civil.
Cet ouvrage est le point focal du travail entrepris avec les précédents volumes : l'énoncé du principe fondamental de la dynamique dont la mise en oeuvre conduit aux équations du mouvement selon deux voies que l'on choisira en fonction du problème à traiter. Pour y aboutir, on y traite auparavant de la mise en situation des solides dans leur environnement, comme condition indispensable à la formulation du principe fondamental.
Équations du mouvement 3 présente la démarche illustrée par trois cas particuliers : un exemple où elle est développée de bout en bout et deux approches qui conduisent aux équations du mouvement. Viennent ensuite les exemples qui traitent de deux sujets classiques, mais importants à connaître, le mouvement de la Terre, en fonction des hypothèses que l'on peut émettre à son sujet, et le pendule de Foucault.
Cet ouvrage explore largement le domaine du mouvement des solides indéformables, et propose à l'utilisateur, qu'il soit étudiant ou professionnel, une approche mathématiquement bien structurée.
Ce volume s'appuie sur les acquis du troisième volume où est présenté le principe fondamental de la dynamique dans son application au mouvement des solides indéformables, avec ses diverses conséquences scalaires dont sont issues les équations du mouvement.
Lors de son évolution, un corps se retrouve parfois dans des situations d'équilibre, statiques ou sous forme de mouvements uniformes dits stationnaires, dont la stabilité, c'est-à-dire l'aptitude à se maintenir, doit être évaluée si ce corps est soumis à des sollicitations qui tendent à l'en écarter. Ces sollicitations induisent des petits mouvements oscillatoires qui peuvent soit ramener le corps dans son état d'équilibre, soit s'amplifier etrompre cet équilibre.
Équations du mouvement 4 est consacré à l'étude de ces équilibres et de ces petits mouvements. Il examine comment la combinaison de composants oscillatoires dans un même dispositif peut conduire à des systèmes stabilisés et stabilisateurs comme le gyroscope.
L'une des difficultés des études expérimentales sur la photoionisation est liée aux faibles taux de comptage qui requièrent des temps d'acquisition des données très longs. Il devient alors primordial de disposer, en amont des expériences, d'une estimation aussi précise que possible des énergies de photoexcitation des résonances à chercher. Grâce à un formalisme extrêmement simple, la méthode de la constante d'écran fournit rapidement, et avec une bonne précision, la position des résonances d'excitation ainsi que leur largeur.
Sont présentés dans cet ouvrage les processus de photoionisation, l'effet Auger et les séries de Rydberg des systèmes atomiques. De nombreux exercices corrigés portent sur le calcul des énergies de résonance et des largeurs des systèmes héliumoïdes, lithiumoïdes, bérylliumoïdes, boroïdes et de systèmes atomiques plus complexes tels que le soufre, l'argon, le sélénium et le krypton.
Cet ouvrage s'adresse principalement aux étudiants et chercheurs en spectroscopie atomique pour le diagnostic des plasmas astrophysiques.
Les échanges d'énergie dans les fours industriels et dans les foyers des chaudières s'effectuent essentiellement par rayonnement. De même, l'énergie émise par le soleil se propage par rayonnement à travers différents milieux pour arriver jusqu'à la terre.
La compréhension des lois qui régissent le transfert par rayonnement est ainsi essentielle à l'établissement des règles de dimensionnement des équipements industriels et à l'utilisation de l'énergie solaire. Elle se trouve également à la base de l'explication des phénomènes climatiques tels que l'effet de serre. De nature duale, ondulatoire et corpusculaire, ce type de transfert d'énergie s'accompagne de l'émission d'ondes électromagnétiques qui peuvent transporter des photons entre surfaces.
Transferts d'énergie par rayonnement traite de la quantification de ces échanges qui obéit à des lois spécifiques, ainsi qu'à des considérations liées aux positions relatives des surfaces dans l'espace.
Cet ouvrage est dédié à l'application des différents modèles théoriques pour identifier les spectres IR proche, moyen et lointain de molécules triatomiques, linéaires ou non linéaires, en phase gazeuse ou soumises à des contraintes environnementales, utiles aux sciences de l'environnement, la planétologie et l'astrophysique.
La méthode de transformation de contact de Van Vleck est appliquée dans le calcul et l'analyse des transitions IR entre les niveaux d'énergie de vibration-rotation. Le modèle de substitution étendu de Lakhlifi-Dahoo est utilisé dans le cadre du formalisme de Liouville et les profils de raies de molécules triatomiques et leurs isotopologues soumis à des contraintes environnementales sont calculés en appliquant le théorème des cumulants.
Les applications montrent comment les interactions à l'échelle moléculaire modifient les spectres IR d'une triatomique piégée dans une nano-cage (site de substitution d'une matrice de gaz rare, clathrate, fullerène, zéolithe) ou adsorbée sur une surface et permettent d'identifier les caractéristiques de l'environnement perturbateur.
Cet ouvrage traite de la mécanique de Lagrange et de ses applications en mécanique des solides rigides. Il montre le rôle primordial du paramétrage qui conditionne entièrement les équations et donc les informations obtenues, les notions essentielles de la cinématique virtuelle telles que la dérivée virtuelle dans un référentiel et la dépendance des grandeurs virtuelles par rapport à un référentiel. Mécanique de Lagrange s'intéresse également à la notion clé de liaison parfaite et à son caractère intrinsèque, à savoir l'invariance des champs des vitesses virtuelles compatibles vis-à-vis du paramétrage.
L'ouvrage s'adresse aux enseignants en mécanique, aux ingénieurs et aux étudiants qui s'intéressent à une étude approfondie de la mécanique analytique et à ses applications. De nombreux exemples accompagnent le texte pour permettre de comprendre les mécanismes de calcul.
Équations du mouvement 5 traite de la dynamique des ensembles de solides rigides et déformables. Dans ce volume, sont employés des outils mathématiques appropriés (calcul torsoriel et calcul matriciel) pour obtenir les équations du mouvement d'une chaîne de solides et les résoudre afin d'obtenir l'information nécessaire à la conception des systèmes mécaniques.
Après avoir appliqué le principe fondamental de la dynamique au mouvement d'une chaîne de solides et obtenu les équations du mouvement d'un système linéaire de solides, l'ouvrage étudie le comportement vibratoire d'un système de n masses-ressorts-amortisseurs et les vibrations de plusieurs types de solides (rigide, déformable, ou encore un ensemble de plusieurs solides). Il présente également une étude de la réponse d'un système excité en fonction de la fréquence d'excitation.
Accompagné d'exemples détaillés, l'ouvrage s'adresse aux étudiants et constitue un support précieux pour les ingénieurs en activité et les enseignants-chercheurs.