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Mysteries of the Dinosaur Epoch Before: Giant Insects Flying Lizards and Octave Levenspiel Long Neck Problem Jumbo Plants Tropical Forests on the Poles.

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1 Mysteries of the Dinosaur Epoch Before: Giant Insects Flying Lizards and Octave Levenspiel Long Neck Problem Jumbo Plants Tropical Forests on the Poles Stronger Magnetic Field Increased Oxygen

2 Very Big Insects 2 meter long millipedes DragonFlies 60 centimeter DragonFlies

3 Octave Levenspiel The Chemical Reactor Omnibook Chemical reaction engineering An introduction to the design of chemical reactors

4 Flying Lizards

5

6

7 Huge Plants While ferns, cycads, ginkos occupy marginal niches today In the mesozoic they dominated There is evidence that these plants grew at a much faster rate than today

8 Dinosaurs At the Poles

9 Tropical Forests in the antarctic Circle Three months of night Cold ocean around the continents ( plankton micro fossils show waters similar to the North Sea) Yet forests of ginkos, conifers, seed ferns, cycads abound

10 Stronger magnetic Field developed more than four decades ago. a piece of igneous rock to be heated and cooled in a chamber that is shielded from any outside magnetic field. With improved method, scientists at the University of Rochester using a superconducting quantum interference device (Squid) determined that when the dinosaurs walked the Earth, the planet's magnetic field was three times stronger than it is today. ence/nature/ stm At high latitudes the night sky could have looked spectacular

11 Supercharged with Oxygen 1986: At a meeting of the Geological Society of America held in Phoenix, Robert Brenner of Yale University and Gary Landis of the U. S. Geological Survey reported the results of a QMS analysis of ancient air bubbles trapped in amber. They obtained a remarkable result. The atmosphere of the Earth 80 million years ago was discovered to have 50% more oxygen than modern air. Brenner and Landis found that for all gas samples taken from amber 80 million years old the oxygen content ranged between 25% to 35% and averaged about 30% oxygen.

12 An Alternative: The 2 Bar Theory Mega Insects Flying Lizards Tropical Forests at the poles Prodigious plant growth What would are world be like at 2 or 3 atmospheres? No Answer from google

13 F. VALDIVIESOMaître Assistant - SMS Formation d'ingénieurs par la démarche expérimentale A CTIVITE P ERSONNELLE EN P HYSIQUE EX PERIMENTALE

14 En première année du cycle Ingénieur Civil des Mines 131 élèves repartis en trinômes avec tuteurs 29 sujets originaux, conçus pour lAPPEX 8 séances de 3 hours / 8 semaines Matériau (SMS) Procédés (SPIN) Ingénierie santé (CIS) 10 départements scientifiques 150 personnes dont une 40 aine impliquées dans l'APPEX APPEX

15 Physique EXpérimentale : - analyse critique et constructive des résultats - adaptation des connaissances au but poursuivi : passage de lobservation à la description qualitative puis quantitative des phénomènes observés Activité Personnelle : -autonomie dans le travail - esprit d'initiative développer la capacité à travailler en groupe créer le contexte incluant tous les aspects d'un projet (Qui, Fait Quoi, et Quand?) synthétiser et communiquer des résultats scientifiques transformer les élèves en étudiants/acteurs découvrir les laboratoires de recherche de lécole O BJECTIFS

16 Analyse et formulation du problème - - recherche dinformations - - identification des paramètres et des variables - - élaboration dun modèle Formulation dune hypothèse à tester/valider - - énoncé de prédictions qualitatives ou quantitatives Réalisation - - préparation du système, de lexpérience - - choix des valeurs des paramètres, conditions initiales - - collecte des résultats. Mise en forme - - description mathématique Conclusion - - interprétation des résultats - - confrontation avec les prédictions - - examen critique de la validité de la méthode employée - - validation de lhypothèse et/ou définition dune nouvelle expérimentation U NE D EMARCHE E XPERIMENTALE Théorie Modèles Expériences Mesures Confrontation incertitudes expérimentales

17 Liste des Sujets (1) APPEX – Sujets D. Piot Alliages à mémoire de forme (NiTi) (2 trinômes, K2-05) OBJECTIF : Comprendre les transformations microstructurales qui sont à l'origine de l'effet mémoire de forme de l'alliage NiTi en mesurant l'évolution de quelques propriétés physiques en fonction de la température et de la contrainte appliquée. Imaginer et réaliser les expériences pour appuyer vos interprétations. Mettre en place des systèmes de chauffage adaptés à la quantification des phénomènes caractéristiques et mesurer avec précision leur évolution. Modéliser un système de chauffage afin de pouvoir réaliser les essais de traction à température donnée. 2. Ch. Desrayaud Alliages à mémoire de forme (base Cu) (2 trinômes, K2-04) OBJECTIF : Réaliser une étude paramétrique de l'influence de la température et de la contrainte sur le comportement d'un alliage. Interpréter qualitativement les phénomènes observés, puis imaginer et réaliser les expériences pour appuyer votre interprétation. Mettre en place et modéliser un système de chauffage adapté à l'utilisation de ces alliages dans les interrupteurs thermiques. Réaliser les essais de traction pour visualiser la superélasticité et comparer cette propriété avec l'effet mémoire de forme. 3. C. Bosch Pb-Sn superplastique (4 trinômes, J2-03) OBJECTIF : Fabriquer l'alliage Pb-Sn a partir du plomb et de l'étain purs. Préparer les échantillons pour les observations métallographiques à l'aide d'un microscope optique (MO) et pour l'analyse aux rayons X (RX). Analyser la microstructure (MO) et la structure cristallographique (RX) après la solidification et après la mise en forme, les corréler avec le diagramme de phases. Tester la propriété de superplasticité à l'aide d'un dispositif de fluage en fonction des conditions de traitement thermique et identifier le(s) paramètre(s) clé étant à l'origine de ce phénomène. 4. K. WolskiPhysique des bulles de savon (2 trinômes, K2-09) OBJECTIF : Comprendre la formation d'un réseau de bulles à la surface du liquide et modéliser structure et comportement de défauts cristallins grâce à ce réseau. De manière pratique, il s'agit de réaliser une étude paramétrique de la taille des bulles constituant le réseau, en déduire des paramètres pertinents et les faire varier de façon à obtenir le réseau adéquat pour la simulation des défauts cristallins. Montrer l'existence, le mouvement et les interactions des dislocations ainsi que la structure atomique des joints de grains. Trouver la loi à l'origine de la stabilité des bulles, en déduire les forces permettant la formation de ce réseau, puis modéliser le potentiel d'interaction entre deux bulles de savon. En parallèle, déterminer expérimentalement la tension superficielle de la solution utilisée, ceci par deux méthodes différentes et comparer les résultats. Et si on chauffait cette solution, la taille des bulles changerait-elle?, dans quel sens?, pourquoi?,… 5. F. Valdivieso Physique du tas de sable (2 trinômes, J3-38) OBJECTIF : Ce sujet, directement inspiré d'un cycle de conférences données à l'Ecole Centrale de Lyon par Pierre-Gilles de Gennes, est basé sur une série d'études paramétriques qui mettront en évidence le comportement parfois étrange d'un milieu granulaire. Le but est d'utiliser les résultats de ces études paramétriques pour construire un modèle mathématique simple et prévisionnel, puis vérifier le fonctionnement de ce modèle par des expériences, après avoir changé un des paramètres pertinents. 6. S. Drapier Flambage des poutres (2 trinômes, J3-22) OBJECTIF : Comprendre sur lexemple simple des poutres que le flambage, phénomène qui peut sembler a priori incontrôlable, peut être prédit et décrit. Grâce à un montage de base, un panel de poutres de dimensions différentes et constituées de matériaux différents peut être testé sous un chargement de compression. Linfluence des divers paramètres géométriques et matériaux sur la charge critique supportable peut être démontrée. La notion de conditions aux limites peut également être mise en évidence de manière simple en faisant varier les conditions dappuis aux extrémités. On pourra établir ainsi, de manière empirique, les lois régissant lévolution de la charge de flambage en fonction des divers paramètres cites plus haut. 7. K Wolski Surfaces minimales (2 trinômes, K2-09) L'objectif est d'aborder le problème des surfaces minimales à la fois du point de vue mathémathique et expérimental et de confronter les prévisions d'un modèle avec des mesures. Le modèle devrait permettre de dégager non seulement les paramètres permettant de caractériser une surface minimale particulière mais aussi l'amplitude des variations de ces paramètres. Les mesures expérimentales seront à effectuer sur des films de savon en deux temps en s'intéressant d' abord à la notion de tension superficielle et en essayant par la suite de mesurer la géométrie de notre surface minimale. Le problème des instabilités sera également abordé. 8. Silo 9. Cuivre 10. Montage 11. A. Cameirão / F. GruyMouvement dun objet fractal (1 trinôme, D1-17 ) Les objets fractals (objets présentant de grandes ramifications) se rencontrent dans de nombreux domaines scientifiques. Leurs propriétés physiques, et particulièrement mécaniques, sont mal connues. Il est proposé de construire des objets fractals à partir de petites billes de verre, den caractériser la géométrie et den étudier le mouvement dans un liquide. Les connaissances nécessaires relèvent de la géométrie, de linformatique et de la mécanique des fluides. 1- Alliages à mémoire de forme (NiTi) (2 trinômes) 2- Elasticité : module dYoung et coefficient de Poisson (2 trinômes) 3- Alliage Pb-Sn superplastique (4 trinômes) 4- Physique des bulles de savon (4 trinômes) 5- Physique du tas de sable (2 trinômes) 6- Flambage des poutres (2 trinômes) 7- Surfaces minimales (2 trinômes) 8- Le problème du silo (2 trinômes) 9- Les propriétés élastiques du Cuivre, par une méthode de contrôle non destructive (2 trinômes) 10- Conception et réalisation dun montage de culture sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. (1 trinôme) 11- Mouvement dun objet fractal (1 trinôme) 12- Rencontre dune bulle et dune petite sphère (1 trinôme) 13- Contre la marée noire, une nouvelle solution ? (1 trinôme)

18 Liste des Sujets (2)

19 La culture de plantes sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. Réalisation dun montage « Système D » Comment assurer une pression > 1 atm. (sans fuites) ? Étude en fonction de la pression exercée Grandeurs à mesurer Étude pour la conception dun futur montage 2 objectifs :

20 Réalisation dun montage « Système D » Que peut-on faire germer et pousser en 6 semaines ? Que peut-on faire germer et pousser en 6 semaines ? des lentilles des lentilles Dans quel système simple peut-on maintenir 3 atm. ? Dans quel système simple peut-on maintenir 3 atm. ? La bouteille deau La boîte à pop-corn Avantages Inconvénients P 4 atm. P 1,5 atm. Petit diamètre dentrée (difficulté dintroduction des différentes matière premières) Gros diamètre dentrée - système transparent

21 Illustrations La bouteille deau La boîte à pop-corn

22 Réalisation dun montage « Système D » La bouteille deau La boîte à pop-corn Létude paramétrique Effet de la pression 2 atm. 3 atm. 4 atm. A pression maxi :1,5 atm. A pression maxi :1,5 atm. rôle du moment dapplication et rôle du moment dapplication et du maintien de la pression. du maintien de la pression. - durant toute la durée - seulement jusquà la germination - à partir de la germination Témoin à 1 atm. sans renouvellement dair Les grandeurs à mesurer - Lesquelles ? - Comment ?

23 Les lentilles blondes du Puy Après 15 jours, à lair.

24 Le système détanchéité et de mise sous pression

25 Les systèmes sous pression Mise sous pression, grâce à une pompe à vélo pour envoyer dans le système un mélange de même composition que lair.

26 Observation après 1 semaine Sous 1,5 atm. Témoin à la pression atm.

27 Observations après 2 semaine Condensation moindre sous pression Plants plus hauts à la pression atm. Apparition de pourritures sur certaines graines sous 1.5 atm. Problème du renouvellement dair Est-il utile de faire varier la pression ? Et que se passerait-il sous vide relatif ? Réactions

28 Réaction des élèves Système sous vide Système sous pression 3.5 atm. Condensation plus importante

29 Étude pour la conception dun futur montage Le futur montage devra prendre en compte : - le renouvellement de lair - une bonne étanchéité du système jusquà 3 bars et jusquà 500 mbar - une exposition aux UV identique pour tous les essais - un meilleur contrôle de la température de stockage - la nature du sol (stérile, du terreau, …) - la nature de leau (déminéralisée, du robinet, …)

30 Conclusion / démarche expérimentale Analyse et formulation du problème Formulation dune hypothèse à tester/valider Réalisation - préparation du système, de lexpérience - - choix des valeurs des paramètres, conditions initiales - - collecte des résultats - - description qualitative Conclusion

31 Astrobiology Extreme BiologyDeep Hot Biosphere There are strong indications that microbial life is widespread at depth in the crust of the Earth, just as such life has been identified in numerous ocean vents. This life is not dependent on solar energy and photosynthesis for its primary energy supply, and it is essentially independent of the surface circumstances. Life can exist at temperture and pressures unthinkable just a few years ago Applied Evolution


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