Mysteries of the Dinosaur Epoch

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

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

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

4. Flying Lizards

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. 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 Tropical Forests in the antarctic Circle

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. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/1196652.stm At high latitudes the night sky could have looked spectacular

11. 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. Supercharged with Oxygen

12. 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 An Alternative: The 2 Bar Theory

13. Formation d'ingénieurs par la démarche expérimentale ACTIVITE PERSONNELLE EN PHYSIQUE EXPERIMENTALE F. VALDIVIESO Maître Assistant - SMS

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

15. OBJECTIFS ActivitéPersonnelle:-autonomie dans le travail - esprit d'initiative PhysiqueEXpérimentale:- analyse critique et constructive des résultats - adaptation des connaissances au but poursuivi : passage de l’observation à la description qualitative puis quantitative des phénomènes observés •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 l’école

16. UNE DEMARCHE EXPERIMENTALE • Analyse et formulation du problème • recherche d’informations • identification des paramètres et des variables • élaboration d’un modèle • Formulation d’une hypothèse à tester/valider • énoncé de prédictions qualitatives ou quantitatives • Réalisation • préparation du système, de l’expérience • 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 l’hypothèse et/ou définition d’une nouvelle expérimentation Théorie Modèles Confrontation incertitudes expérimentales Expériences Mesures

17. APPEX – Sujets 2005 1.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. Wolski Physique 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 l’exemple 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. L’influence 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 d’appuis aux extrémités. On pourra établir ainsi, de manière empirique, les lois régissant l’évolution 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. Gruy Mouvement d’un 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, d’en caractériser la géométrie et d’en étudier le mouvement dans un liquide. Les connaissances nécessaires relèvent de la géométrie, de l’informatique et de la mécanique des fluides. Liste des Sujets (1) 1- Alliages à mémoire de forme (NiTi) (2 trinômes) 2- Elasticité : module d’Young 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 d’un montage de culture sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.(1 trinôme) 11- Mouvement d’un objet fractal (1 trinôme) 12- Rencontre d’une bulle et d’une 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. 2 objectifs : • Réalisation d’un 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 d’un futur montage

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

21. Illustrations La bouteille d’eau La boîte à pop-corn

22. Réalisation d’un montage « Système D » L’étude paramétrique La bouteille d’eau La boîte à pop-corn Effet de la pression 2 atm. 3 atm. 4 atm. A pression maxi :1,5 atm. rôle du moment d’application et du maintien de la pression. - durant toute la durée - seulement jusqu’à la germination - à partir de la germination Témoin à 1 atm. sans renouvellement d’air Les grandeurs à mesurer • Lesquelles ? • Comment ?

23. Les lentilles blondes du Puy Après 15 jours, à l’air.

24. Le système d’étanchéité 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 l’air.

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. Réactions Problème du renouvellement d’air Est-il utile de faire varier la pression ? Et que se passerait-il sous vide relatif ?

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

29. Étude pour la conception d’un futur montage Le futur montage devra prendre en compte: - le renouvellement de l’air - une bonne étanchéité du système jusqu’à 3 bars et jusqu’à 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 l’eau (déminéralisée, du robinet, …)

30. Conclusion / démarche expérimentale • Analyse et formulation du problème • Formulation d’une hypothèse à tester/valider • Réalisation • - préparation du système, de l’expérience • choix des valeurs des paramètres, conditions initiales • collecte des résultats • description qualitative • Conclusion

31. Astrobiology Extreme Biology Deep 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