Mécanique

Cet ouvrage présente le BIM, Building Information Modelling, ou utilisation d’une représentation partagée d’un actif bâti pour faciliter les processus de conception, de construction et d’exploitation (ISO 19650). Cette modélisation des données du génie civil bouleverse l’art de construire. Rédigé d’une part par des universitaires, et d’autre part par des ingénieurs fortement impliqués dans le projet de recherche Modélisation des Informations Interopérables pour les Infrastructures Durables (MINnD) ainsi que dans des activités de normalisation internationale, l’ouvrage présente les connaissances et les enjeux du BIM tant d’un point de vue théorique que d’un point de vue pratique.

Le BIM permet de traiter l’interopérabilité de façon très concrète, à l’aide des standards neutres, qui amènent à l’openBIM. Au-delà de cette solution, il faut pour travailler ensemble, un environnement commun de données et une structuration de ces dernières. L’usage d’une plateforme permet les confluences des logiciels métiers, mais aussi de s’adjoindre des démarches comme celle du SIG (Système d’Information Géographique).

Dans les organisations, le BIM rencontre les démarches du « cycle de vie » des ouvrages, l’économie circulaire ou le recyclage des déconstructions. Il n’est pas seulement une technique recomposant coopérations et métiers autour du jumeau numérique, il bouleverse aussi les organisations et les modèles économiques.

1. Rupture technologique et enjeux économiques
2. Ingénierie 3D et gestion du cycle de vie de produits manufacturés
3. L’interopérabilité par les standards : IFC, concepts, méthodes
4. Structurer l’information pour le jumeau numérique
5. Approches pour la modélisation des systèmes complexes
6. Le BIM et le Lean Construction
7. Modéliser le bâti immobilier existant : planification
et gestion de la déconstruction
8. BIM et SIG : complémentarité et convergence

L’histoire des géosynthétiques a débuté il y a plus de cinquante ans. Elle s’écrit toujours grâce à des ingénieurs, des chercheurs et des passionnés qui voient dans ces produits une réponse concrète aux défis environnementaux de notre société.

Les géosynthétiques d’hier à aujourd’hui présente les notions et concepts de base nécessaires à l’emploi, la mise en oeuvre, le dimensionnement et la durabilité de ces produits qui n’ont eu de cesse de s’améliorer au cours du temps pour répondre à des défis techniques et environnementaux toujours en évolution.

Cet ouvrage permet, grâce à des retours d’expérience acquis sur plusieurs décennies, d’établir le bienfondé de ces techniques et d’en comprendre leur concept et leur évolution. Il s’adresse aussi bien aux néophytes qu’aux ingénieurs confirmés curieux d’en savoir plus sur un sujet aussi passionnant.

1. Les géosynthétiques : fonction, propriétés et caractérisation
2. Le renforcement
3. Les modèles numériques spécifiques au renforcement
4. Fonctions barrière et drainage : installations de stockage de déchets non dangereux et ouvrages hydrauliques
5. Les géosynthétiques filtres : emploi, retours d’expérience et recherches actuelles
6. Durabilité des géosynthétiques
7. L’expérience française des géosynthétiques à partir du comportement d’ouvrages anciens

La cristallisation d’un ou plusieurs sels dans les milieux poreux (roches, sols, matériaux de construction, etc.) est un sujet d’intérêt majeur en lien avec de nombreux enjeux tels que la salinisation des sols, l’évaporation, l’injection de CO₂ dans des aquifères salins, la durabilité des matériaux du bâtiment ou encore la préservation de notre patrimoine culturel.

Cristallisation de sels en milieu poreux propose un état de l’art interdisciplinaire des principales connaissances scientifiques nécessaires pour appréhender ce domaine de recherche et offre une illustration des enjeux associés à travers une série d’exemples concrets.

Cet ouvrage s’adresse aux étudiants de niveau master et au-delà et aux chercheurs et ingénieurs intéressés par ce domaine de recherche. Il peut également intéresser un public plus large, certaines parties pouvant se prêter à l’illustration de concepts de base allant au-delà de la problématique du sel elle-même.

1. Thermodynamique et cinétique de la cristallisation de sels
2. La pression de cristallisation
3. Évaporation, transport et cristallisation
4. La poromécanique et la cristallisation confinée en milieu poreux
5. Observations expérimentales sur la cristallisation des sels dans les géomatériaux
6. Les précipitations minérales à grande échelle et leurs effets sur les infrastructures
7. Les sels dans le patrimoine
8. La cristallisation de sels dans un environnement changeant

Les nanocomposites sont l’une des avancées majeures dans le domaine des matériaux. Ils trouvent des applications dans des secteurs aussi variés que l’aéronautique, l’énergie ou encore l’environnement. L’utilisation efficace des nanorenforts nécessite cependant des connaissances et des outils nouveaux pour surmonter les difficultés liées à cette échelle et pouvoir ainsi bénéficier des avantages qu’ils apportent.

Nanocomposites présente les progrès récents, académiques et industriels, réalisés dans ce domaine, ainsi que les dernières recherches sur l’utilisation efficace des charges et des renforts nanométriques pour améliorer les performances des nanocomposites avancés. Il décrit également les techniques et les outils utilisés pour préparer les nanocomposites, y compris les dernières techniques de synthèse et de traitement de surface des nanocharges pour différentes applications. Il détaille enfin le rôle de la nanoscience dans la conception, la caractérisation et la modélisation multi-échelle de ces matériaux, en mettant l’accent sur les phénomènes à l’échelle nanométrique.

1. Nanocomposites à matrice polymère chargée par des nanoplaquettes de graphite et graphène (GNP)
2. Technique de caractérisation morphologique des polymères nanorenforcés
3. Effets de taille et propriétés physiques et mécaniques des polymères nanorenforcés
4. Effets de taille et de nature des charges sur les propriétés thermiques et mécaniques des composites à matrice PEEK
5. Interface et interphase entre matrice époxyde et nanorenforts à base de carbone dans les nanocomposites
6. Modélisation électromécanique non linéaire multi-échelle de nanocomposites graphène-polymère
7. Modélisation numérique de réseaux de nanocharges en carbone dans les composites de polymères
8. Nanocomposites de polymères électrostrictifs : aspects fondamentaux et applications

En dépit de leurs nombreux points communs (comportement mécanique, structure multi-échelle, caractères évolutif et vivant, etc.), les tissus qui constituent le corps humain possèdent chacun des particularités liées à leur fonction. Celles-ci nécessitent de développer des méthodes dédiées, à la fois expérimentales, théoriques et numériques.

L’ouvrage collaboratif Mécanique des tissus vivants dresse un état des lieux des plus récentes approches développées dans le but d’étudier le comportement biomécanique de ces tissus mous, afin d’en comprendre la structure et le comportement apparent. À travers les différents chapitres, des tissus spécifiques sont analysés dans le but de développer des solutions répondant aux problématiques cliniques rencontrées.

Des conclusions sont esquissées à propos des méthodes futures qui permettront d’améliorer l’état de connaissance actuel du comportement de ces tissus vivants, afin notamment de prédire l’effet d’une pathologie ou d’un acte médical sur leurs propriétés apparentes.

1. Biomécanique du foie : caractérisations, modélisations et applications cliniques
2. Biomécanique de la peau : caractérisations, modélisations et applications au scalp
3. Biomécanique de la cornée
4. Modélisation biomécanique de la langue humaine
5. Caractérisation biomécanique du disque de l’articulation temporo-mandibulaire
6. Biomécanique du disque intervertébral
7. Biomécanique du ligament croisé antérieur (LCA)
8. Mécanorégulation dans les tissus mous : application aux calcifications artérielles
9. Biomécanique du tissu osseux et de ses interactions avec les tissus environnants

Considérer le contexte incertain en ingénierie mécanique dans le but d’améliorer les performances des futurs produits ou systèmes apparaît désormais comme un avantage compétitif, voire une nécessité pour garantir une exigence de sûreté de plus en plus élevée.

Ingénierie mécanique en contexte incertain traite de la modélisation, de la quantification et de la propagation d’incertitudes. Il étudie également la prise en compte des incertitudes dans l’analyse de la fiabilité et dans l’optimisation sous incertitudes. Le spectre des méthodes présentées va des approches classiques aux développements plus récents et les méthodologies sont illustrées par des exemples concrets dans des domaines variés de la mécanique (génie civil, génie mécanique et mécanique des fluides).

Cet ouvrage s’adresse aussi bien à un public de chercheurs que d’ingénieurs s’intéressant à la thématique du traitement des incertitudes en ingénierie mécanique.

Partie 1. Modélisation, quantification et propagation d’incertitudes
Partie 2. Prise en compte des incertitudes : analyse de fiabilité et optimisation sous incertitudes

Cet ouvrage propose une vue d’ensemble des méthodes de simulation numérique des interactions fluide-structure (IFS) pour des applications en génie maritime.

Interactions fluide-structure détaille une large variété de modélisations (numériques, semi-analytiques, empiriques), de méthodes de calcul (éléments finis, éléments de frontière, volumes finis) et d’approches numériques (modèles d’ordre réduit, stratégie de couplage, etc.).

Rédigé par un collectif d’experts et de chercheurs du secteur naval, cet ouvrage s’adresse aux acteurs de la recherche ou de la conception qui souhaitent disposer d’une vue d’ensemble sur l’hydrodynamique, la tenue à la mer et aux chargements sévères, les bruits et les vibrations, etc. Didactique et synthétique, il expose, à travers différents exemples, comment la simulation numérique contribue à modéliser et comprendre les interactions fluide-structure, dans le but de concevoir et optimiser les navires de demain.

1. Brève histoire de l’hydrodynamique navale
2. Méthodes « basses fréquences » en vibro-acoustique des navires
3. Méthodes hybrides en vibro-acoustique des structures immergées
4. Méthodes « avancées » en vibro-acoustique des structures navales
5. Calcul d’écoulements hydrodynamiques : méthodes LBM et POD
6. Comportement dynamique de faisceaux de tubes
7. Calcul de spectres d’excitation turbulente
8. Calcul d’interaction fluide-structure par co-simulation
9. Tenue à la mer des navires
10. Modélisation des effets d’explosions sous-marines sur structures immergées
11. Tenue des structures composites sous chargements hydrodynamiques sévères

Modélisation numérique en mécanique fortement non linéaire traite des avancées récentes sur le traitement numérique des phénomènes de contact/frottement et d’endommagement.

Bien que distincts sur le plan physique, ces phénomènes entraînent tous deux une forte non-linéarité du problème mécanique qui limite la régularité du problème, dorénavant non différentiable. En outre, ceci implique deux conséquences directes : d’une part, les caractéristiques mathématiques du problème s’écartent des formes bien maîtrisées et requièrent notamment des schémas de discrétisation innovants ; et d’autre part, la faible régularité complique singulièrement la résolution robuste et performante des systèmes algébriques de grande taille correspondants.

Par ailleurs, ni l’unicité, ni même l’existence de solutions ne restent assurées, ce qui se traduit par des points de bifurcation, des charges limites et des instabilités structurelles, toujours délicats à franchir sur le plan numérique.

1. Méthodes de lagrangien et de Nitsche pour le contact avec frottement
2. Calcul intensif en mécanique multicontact : de l’élastostatique à la dynamique granulaire
3. Méthodes numériques en contact micromécanique
4. Méthodes numériques pour la rupture ductile
5. Modélisation de la rupture quasi fragile
6. Méthodes des éléments finis étendus (XFEM) et des level sets épaisses (TLS)
7. Transition endommagement-fissure

Écoulements biologiques dans les grands vaisseaux examine les méthodes récentes utilisées pour la modélisation du flux sanguin et les expériences in vivo associées qui sont réalisées à partir de données expérimentales issues de l’imagerie médicale. Différentes stratégies sont proposées, depuis les modèles à petite échelle jusqu’à la modélisation 3D complexe utilisant des codes modernes. Les géométries sont variées et traitent du rétrécissement, de l’élargissement des sections (sténoses, anévrismes), des bifurcations, des géométries associées aux éléments prothétiques et des cas de vaisseaux de dimensions inférieures à celles des cellules sanguines circulantes.

Cet ouvrage apporte des réponses sur la façon dont les connaissances médicales/biomécaniques peuvent être combinées pour résoudre les problèmes cliniques. Il offre des orientations pour le développement ultérieur de modèles numériques, ainsi que des protocoles expérimentaux pour la recherche clinique, avec des outils utilisés en temps réel et au chevet du patient, pour l’aide à la décision, la prédiction de la progression des pathologies et la planification d’interventions personnalisées.

1. Hémodynamique et hémorhéologie
2. Simulations numériques de l’impact hémodynamique des interventions endovasculaires complexes
3. Singularités géométriques vasculaires, marqueurs hémodynamiques et pathologies
4. Le rôle du débit sanguin artériel dans l’athérosclérose
5. Simulations hémodynamiques : paramétrage, données cliniques, planification d’interventions
6. Modèles d’ordre réduit du flux sanguin : application aux sténoses artérielles
7. YALES2BIO : un solveur dédié aux écoulements sanguins
8. Relaxation de capsules sous écoulement dans un tube

Machine learning has led to incredible achievements in many different fields of science and technology. These varied methods of machine learning all offer powerful new tools to scientists and engineers and open new paths in geomechanics.

The two volumes of Machine Learning in Geomechanics aim to demystify machine learning. They present the main methods and provide examples of its applications in mechanics and geomechanics. Most of the chapters provide a pedagogical introduction to the most important methods of machine learning and uncover the fundamental notions underlying them.

Building from the simplest to the most sophisticated methods of machine learning, the books give several hands-on examples of coding to assist readers in understanding both the methods and their potential and identifying possible pitfalls.

1. Overview of Machine Learning in Geomechanics, Ioannis Stefanou.
2. Introduction to Regression Methods, Filippo Masi.
3. Unsupervised Learning: Basic Concepts and Application to Particle Dynamics, Noel Jakse.
4. Classification Techniques in Machine Learning, Noel Jakse.
5. Artificial Neural Networks: Learning the Optimum Statistical Model from Data, Filippo Gatti.

Machine learning has led to incredible achievements in many different fields of science and technology. These varied methods of machine learning all offer powerful new tools to scientists and engineers and open new paths in geomechanics.

The two volumes of Machine Learning in Geomechanics aim to demystify machine learning. They present the main methods and provide examples of its applications in mechanics and geomechanics. Most of the chapters provide a pedagogical introduction to the most important methods of machine learning and uncover the fundamental notions underlying them.

Building from the simplest to the most sophisticated methods of machine learning, the books give several hands-on examples of coding to assist readers in understanding both the methods and their potential and identifying possible pitfalls.

1. Data-Driven Modeling in Geomechanics, Konstantinos Karapiperis.
2. Bayesian Inference in Geomechanics, Dhruv V. Patel, Jonghyun “Harry” Lee, Peter K. Kitanidis and Eric F. Darve.
3. Physics-Informed and Thermodynamics-Based Neural Networks, Filippo Masi and Ioannis Stefanou.
4. Introduction to Reinforcement Learning with Applications in Geomechanics, Alexandros Stathas, Diego Gutiérrez-Oribio and Ioannis Stefanou.
5. Artificial Neural Networks: Basic Architectures and Training Strategies, Filippo Gatti.

Digital materials are integral to the modern design methods for industrial components and structures, allowing mechanical properties to be predicted from a description of the microstructure and behavior laws of the constituent parts.

This book examines a wide range of material properties, from transport phenomena to the mechanics of materials and microstructure changes in physical metallurgy. The fundamental mechanisms of deformation, annealing and damage to materials involve complex atomic processes; these have been explored and studied by numerical simulations, such as molecular dynamics.

In contrast to this minutely detailed approach, Digital Materials explores how these mechanisms can instead be integrated into an approach that considers the continuum of the physics and mechanics of materials at the mesoscopic scale. The book thus focuses on the mechanics of continuous media and the continuum thermodynamics of irreversible processes. The models displayed take the myriad properties of different materials into account, in particular their polycrystalline and/or composite natures; this becomes an intermediate step toward establishing effective laws for engineers in the processes of structure calculation and manufacturing.

1. Dislocation-based Mechanics: The Various Contributions of Dislocation Dynamics Simulations, Sylvain Queyreau.
2. Statistical Approach to the Representative Volume Element Size of Random Composites, Dominique Jeulin and Samuel Forest.
3. Analytical Micromechanical Methods for Elasto-Viscoplastic Composites and Polycrystals, Stéphane Berbenni and Samuel Forest.
4. Vertex and Front-Tracking Methods for the Modeling of Microstructure Evolution at the Solid State, Marc Bernacki.
5. Phase Field: Theory, Numerical Implementation and Applications, Ingo Steinbach and Oleg Shchyglo.
6. Level-Set Method for the Modeling of Microstructure Evolution, Marc Bernacki.
7. Resolution Methods for Digital Materials – Recent Developments of Cellular Automaton Method, Lukasz Madej and Mateusz Sitko.