SAVOIRS ACTUELS

Cet ouvrage, issu de nombreuses années d'enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d'aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d'un niveau plus avancé. L'ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n'est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d'un rappel classique). Cette volonté d'aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l'ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d'entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d'être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants dont le but est de proposer un large éventail d'applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l'orientation du lecteur et lui permettre d'organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome II se situe à un niveau un peu plus élevé que le tome I, en abordant des problèmes plus délicats comme la théorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations indépendante ou dépendante du temps. Il fait une première incursion dans l'étude des particules identiques. Dans ce tome, comme dans le précédent, toute notion théorique est immédiatement illustrée par des applications diverses présentées dans des compléments. Comme le tome I, il a bénéficié de quelques corrections mais il a également été augmenté : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aléatoires et un complément entier sur la relaxation y a été ajouté.

Cet ouvrage, issu de nombreuses années d'enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d'aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d'un niveau plus avancé. L'ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n'est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d'un rappel classique). Cette volonté d'aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l'ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d'entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d'être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants, dont le but est de proposer un large éventail d'applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l'orientation du lecteur et lui permettre d'organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome I fournit une introduction générale, suivie d'un chapitre détaillé qui décrit les outils mathématiques de base de la mécanique quantique. L'expérience d'enseignement des auteurs a montré que cette présentation est à terme la plus efficace. Les postulats sont ensuite clairement énoncés à partir du troisième chapitre avec de nombreuses applications en compléments. Ensuite sont décrites quelques grandes applications de la mécanique quantique, par exemple le spin et les systèmes à deux niveaux, ou encore l'oscillateur harmonique qui donne lieu à de très nombreuses applications (vibration des molécules, phonons, etc.) dont bon nombre font l'objet d'un complément spécifique.

Cet ouvrage fait suite aux deux premiers volumes Mécanique quantique - Tomes I et II. Ce troisième tome de mécanique quantique se place dans la même optique que les précédents tomes, avec une rédaction où toutes les étapes des raisonnements sont explicitées et les calculs détaillés. Chaque chapitre est suivi d'une série de compléments destinés à appliquer à un certain nombre d'exemples intéressants les connaissances acquises. L'ouvrage s'adresse à des physiciens ou des chimistes déjà familiers avec les principes de base de la mécanique quantique. La première partie de l'ouvrage concerne l'étude des ensembles de particules identiques, le formalisme des opérateurs de création et d'annihilation, des opérateurs champ, etc. De nombreux exemples sont traités dans les compléments, en particulier les méthodes de champ moyen (équations de Hartree-Fock pour des fermions, de Gross-Pitaevskii pour des bosons). L'appariement en mécanique quantique est introduit en traitant dans un même cadre général fermions (théorie « BCS », pour Bardeen-Cooper-Schrieffer) et bosons (théorie de Bogolubov). La seconde partie concerne la théorie quantique du champ électromagnétique : émission spontanée, transitions à plusieurs photons, atome habillé, etc. avec des perspectives sur des méthodes expérimentales comme le pompage optique et le refroidissement et le piégeage d'atomes par des faisceaux laser. Un dernier chapitre traite de l'intrication quantique, de l'argument d'Einstein, Podolsky et Rosen ainsi que du théorème de Bell, insistant ici aussi sur l'importance des corrélations.

Les groupes de symétrie, ou groupes d'invariance, jouent un rôle important dans toute la physique. Les translations d'espace et de temps, les rotations d'espace et enfin les transformations de Galilée ou de Lorentz entre référentiels d'inertie définissent la structure de l'espace-temps. Les symétries correspondantes sont tout particulièrement importantes en mécanique quantique. En effet les opérateurs fondamentaux - énergie, position, impulsion, moment angulaire - ainsi que leurs relations de commutation, loin d'être arbitraires, sont déterminés par la géométrie de l'espace et celle de l'espace-temps. Ces considérations de symétrie permettent de comprendre l'origine de la masse et du spin et d'établir des équations d'onde comme l'équation de Schrdinger ou celle de Dirac à partir du groupe d'invariance choisi : Galilée ou Lorentz. Ces équations permettent de décrire les particules de spin 1/2 et prédisent correctement leur moment magnétique anormal. Cet ouvrage, issu d'un cours de DEA de Physique théorique de l'ENS, a à la fois un caractère fondamental et appliqué. L'utilisation des symétries, et en particulier de celle de rotation, est un outil pratique permettant une approche géométrique de problèmes comme le théorème de Wigner-Eckart ou les opérateurs tensoriels irréductibles. Enfin le livre discute de deux symétries discrètes, la parité et le renversement du temps.

Parallèlement au développement des lasers de puissance, la physique des plasmas créés par laser n'a cessé de progresser depuis une soixantaine d'années. Parmi les applications de cette discipline, on peut citer la fusion thermonucléaire contrôlée par laser ou l'accélération laser de particules dans les plasmas. Cet ouvrage propose une introduction aux principales notions du domaine. L'objectif est tout d'abord de rappeler les notions de base de physique des plasmas nécessaires dans le contexte. Puis l'ouvrage se focalise davantage sur la physique de l'interaction laser-plasma, et se poursuit avec la présentation du concept d'accélération laser de particules (essentiellement d'électrons) dans les plasmas. Enfin, la troisième et dernière partie de l'ouvrage est consacrée à la présentation de divers aspects de la fusion thermonucléaire contrôlée par laser. Ce livre s'adresse aux étudiants de Master, aux doctorants ou aux chercheurs s'intéressant aux plasmas créés par laser et à leurs applications.

Depuis la fin du XXe siècle, la théorie quantique connaît un renouveau qui se traduit par l'émergence de technologies utilisant toute la puissance des interférences quantiques pour mesurer, simuler, communiquer et calculer. Parallèlement, cette « seconde révolution quantique » remet en question notre compréhension de la théorie quantique et nous pousse à dépasser la vision purement utilitariste de l'interprétation de Copenhague. Le livre utilise cette exploration pour éclairer le sens de la théorie quantique en insistant sur l'absence d'état objectif défini sans référence à un observateur. Il s'agit du premier (et seul) ouvrage qui présente une synthèse de l'ensemble de ces sujets. Cet ouvrage a donc un double objectif : d'une part, il donne une introduction globale au domaine des technologies quantiques en présentant les relations entre théorie quantique, théorie de l'information et informatique ; d'autre part, il vise à éclairer le sens de la théorie quantique en se focalisant sur la notion d'état quantique. L'ensemble de ces sujets est présenté en une synthèse originale. Ce premier volume offre au lecteur, qu'il soit physicien, ingénieur, mathématicien ou informaticien, la possibilité de se familiariser avec les technologies quantiques. Une discussion des systèmes d'électrodynamique en cavité : atomes en cavité et aussi circuits supraconducteurs, illustre concrètement nombre d'idées et méthodes. Un second volume à venir approfondira le statut de la localité et des probabilités. Il montrera l'émergence d'un monde classique au sein de la théorie quantique, pour finalement éclaircir les défis posés par l'interprétation de celle-ci. Pascal Degiovanni est directeur de recherche au CNRS et travaille au Laboratoire de physique de l'ENS de Lyon dans l'équipe de physique théorique sur la physique quantique mésoscopique. Ses travaux récents portent sur la nano-électronique quantique et l'optique quantique électronique. Natacha Portier est maîtresse de conférences au Laboratoire de l'informatique du parallélisme à l'ENS de Lyon dans l'équipe Modèles de calcul, Complexité et Combinatoire et est directrice adjointe de la Maison des mathématiques et de l'informatique. Ses travaux portent sur la complexité d'algorithmes classiques et quantiques. Clément Cabart, Alexandre Feller et Benjamin Roussel, ont préparé leur doctorat au Laboratoire de physique de l'ENS de Lyon en physique quantique mésoscopique (C. Cabart et B. Roussel) et gravité quantique (A. Feller). Depuis leur doctorat, A. Feller et B. Roussel travaillent au sein de l'Advanced Concepts Team de l'Agence spatiale européenne (Pays-Bas) et C. Cabart est professeur agrégé de physique.

La physique quantique permet de comprendre en profondeur les phénomènes qui régissent le comportement des solides, des semi-conducteurs, des atomes, des particules élémentaires et de la lumière. Cette nouvelle édition contient trois chapitres entièrement re-rédigés, un nouveau chapitre sur la mécanique quantique relativiste (construction de Wigner et équation de Dirac), une sélection de corrigés d'exercices et de nombreuses mises à jour. Elle offre une approche originale permettant de traiter immédiatement et de façon simple des applications importantes comme l'atome à deux niveaux, le laser ou la résonance magnétique nucléaire. Le formalisme est ensuite développé en privilégiant l'utilisation des symétries et permet de traiter les applications usuelles comme le moment angulaire, les approximations semi-classiques, la théorie de la diffusion ou la physique des atomes et des molécules. L'ouvrage accorde aussi une large place à des domaines nouveaux apparus depuis une trentaine d'années et qui occupent aujourd'hui le devant de la scène : non-localité et information quantiques, refroidissement d'atomes par laser, condensats de Bose-Einstein, états du champ électromagnétique, sujets qui ne sont pas traités dans la plupart des manuels. Ce livre s'adresse aux étudiants de L3 et de master de physique et aux élèves des écoles d'ingénieurs. Il est également susceptible d'intéresser un large public de physiciens, chercheurs ou enseignants, qui souhaitent s'initier aux développements récents de la physique quantique.

La navigation par satellites a bouleversé notre vie quotidienne et professionnelle. Nos économies sont chaque jour plus dépendantes de cette technique révolutionnaire intégrée dans nombre de nouveaux services. Cependant, l'accessibilité et la facilité d'utilisation de cette technologie masquent la grande complexité d'un système qui repose entièrement sur la maîtrise du temps. La multiplicité des temps propres introduits par les théories de la relativité (restreinte et générale) d'Einstein se traduit par de nombreux effets physiques surprenants comme l'effet Sagnac, et plus généralement la désynchronisation des horloges parfaites, qui vont à l'encontre de notre conception intuitive du temps. Ce livre présente un panorama actualisé des traitements algorithmiques utilisés par les systèmes de géolocalisation par satellites pour les usages quotidiens. Les auteurs établissent des liens étroits entre les techniques les plus récentes de calcul de positionnement et la compréhension détaillée des phénomènes physiques, principalement relativistes, qui sont à prendre en compte. Les erreurs significatives pouvant affecter la mesure du temps sont présentées en détail, en partant de leurs causes, physiques ou structurelles, tandis que leurs effets sur la précision sont quantifiés. Ce livre s'adresse aux élèves des écoles d'ingénieurs, aux classes universitaires de licence ou de master mais aussi aux professionnels du domaine désireux de vérifier ou d'approfondir leurs connaissances ainsi qu'à toute personne intéressée par la conception relativiste du temps.

Le développement spectaculaire des nanotechnologies lors des vingt dernières années a introduit dans la vie courante toutes sortes de nano-objets ou de nanoparticules, utilisés aussi bien dans la cosmétique, les lubrifiants que dans les composants des objets de la plus haute technologie, la médecine, le textile, l'alimentation, etc. Les propriétés de ces nano-objets sont tout à fait remarquables et expliquent leur utilisation massive. L'objet de ce livre est de décrire les principes de base qui régissent les nanosciences et plus particulièrement la nanophysique. Les auteurs s'attachent à montrer comment la physique et la chimie des atomes influencent les propriétés des nano-objets. Ils expliquent aussi ce que deviennent les caractéristiques de la matière condensée lorsqu'on réduit la dimension des cristaux à quelques dizaines d'atomes. Ce premier tome est consacré aux agrégats ou nanoparticules dans l'état fondamental. Il montre comment l'énergie de liaison et les propriétés de symétrie régissent l'arrangement des atomes suivant leur structure électronique. Il explicite aussi l'influence de la complexité de la liaison métallique sur les propriétés des nanoparticules de métaux de transition. Des applications sont données pour la transition isolant-métal, le magnétisme et la catalyse. Un deuxième tome décrira les états excités des agrégats et notamment leurs propriétés optiques. Les deux auteurs viennent d'horizons différents, la physique atomique et moléculaire pour Michel Broyer et la matière condensée pour Patrice Mélinon. Ils ont été tous les deux pionniers de la physique des agrégats dès les années 80 et travaillent actuellement à l'Institut lumière matière de l'université Lyon 1.

L'analyse dans les espaces métriques est un domaine des mathématiques qui s'est beaucoup développé ces dernières années. Celui-ci a de nombreuses applications, en géométrie et en synthèse d'image par exemple. Ce livre, issu de plusieurs cours de Master 2 donnés à l'Université Grenoble Alpes, est destiné à un large public d'étudiants qui souhaitent aller au-delà des cours traditionnels d'analyse de niveau L3/M1, ainsi qu'à des chercheurs de divers domaines intéressés par les bases de l'analyse non lisse, notamment sur des espaces fractals. Le premier chapitre propose quelques compléments de théorie de la mesure et introduit plusieurs notions et outils fondamentaux, ainsi que le groupe de Heisenberg. Les trois autres chapitres présentent une description de l'état de l'art sur la théorie géométrique de la mesure, les espaces de Sobolev, les inégalités de Poincaré et la théorie quasi-conforme, le tout dans les espaces métriques généraux. La théorie classique dans les espaces euclidiens est revue au début de chacun de ceux-ci. Chaque chapitre du livre se termine par de nombreux exercices. Certains, donnant des compléments utiles au texte principal, sont inspirés d'articles de recherche récents. Hervé Pajot et Emmanuel Russ sont professeurs à l'Université Grenoble Alpes. Leurs recherches portent sur l'analyse et la géométrie.

La mécanique quantique est à la base de notre compréhension actuelle des lois de la Nature, qu'elles s'appliquent à l'Univers entier, aux objets à notre échelle ou microscopiques. Toujours vérifiée par l'expérience, elle a permis de nombreuses découvertes et la mise au point de dispositifs variés tels que les lasers, les transistors, les capteurs pour la photographie ou la vidéo, etc. Alors, pourquoi se poser la question « comprenons-nous vraiment la mécanique quantique ? ». C'est qu'une bonne utilisation de la théorie ne signifie pas toujours une véritable compréhension. Le physicien qui prend du recul s'aperçoit que le puissant outil intellectuel créé par les scientifiques semble parfois leur échapper, prenant une vie propre et mettant en lumière maints aspects inattendus que ses inventeurs n'avaient pas soupçonnés. L'objet de ce livre est donc de discuter les fondements de la mécanique quantique. On y trouvera un exposé historique sur la naissance des concepts quantiques, leur développement, l'impact des idées de Bell et de son théorème et leur application récente à de nombreux domaines. Un panorama général des différentes interprétations est présenté en dernière partie. L'ouvrage est accessible à toute personne ayant une formation scientifique générale. Si des équations mathématiques apparaissent parfois, les idées importantes sont contenues dans les commentaires et les figures, l'accent étant mis sur les idées et les concepts généraux. Pour ceux qui ne sont pas très familiers de la mécanique quantique, un dernier chapitre contient un résumé des outils généraux de cette théorie et de leur utilisation. Le spécialiste pourra se reporter à une bibliographie très fournie. Depuis la première parution de l'ouvrage en 2011, la présente édition a été révisée et complétée pour tenir compte de nombreux résultats récents.

Ce livre est une introduction aux méthodes modernes de la théorie des nombres. Issu de plusieurs cours de Master 2 donnés à l'Université de Paris-Sud, il est destiné à un public d'étudiants désireux d'acquérir des bases solides dans cette discipline, ou à des chercheurs d'autres domaines souhaitant se familiariser avec les problématiques rencontrées. Cet ouvrage rassemble, en donnant des démonstrations complètes, les bases de cohomologie, la théorie du corps de classes local et global, et les théorèmes de dualité de Poitou-Tate. Il contient des chapitres introductifs sur les corps locaux et globaux, ainsi qu'un appendice résumant les résultats d'algèbre homologique qui sont utilisés. Chaque chapitre du livre se termine par de nombreux exercices, certains donnant des compléments utiles au texte principal.

Depuis l'invention des lasers, l'optique non linéaire n'a cessé de se développer dans de multiples directions. Fondée sur la réponse non linéaire de matériaux soumis à des ondes électromagnétiques intenses, elle permet la génération de seconde harmonique ou de nouvelles fréquences par effets paramétriques, ou encore de modifier par effet Kerr les caractéristiques de propagation des impulsions lumineuses. Parmi les nombreuses applications de cette discipline en plein développement on peut citer les télécommunications par fibre optique ou de nouvelles techniques d'imagerie utilisées en biologie, ainsi que l'optique quantique et l'optoélectronique. Cet ouvrage s'adresse aux étudiants de mastère, aux chercheurs et aux ingénieurs. Il propose une introduction aux principes de base de l'optique non linéaire, complétée par des problèmes qui traitent d'applications récentes.

Ce livre est une introduction à la théorie ergodique et aux systèmes dynamiques. Issu d'un cours de Master 2 donné à l'Université de Rennes I, il est destiné à un public d'étudiants désireux d'acquérir des bases solides dans ces disciplines, ou à des chercheurs d'autres domaines souhaitant se familiariser avec les problématiques rencontrées. Du point de vue mesurable, le livre est organisé autour des concepts d'ergodicité, de mélange, d'entropie et d'isomorphisme. Un chapitre est consacré à la décomposition ergodique dans les espaces de Lebesgue. En matière de dynamique topologique, on s'intéresse aux notions de non-errance, de transitivité, mélange topologique, conjugaison et linéarisation. L'ouvrage est illustré par de nombreux exemples : applications de l'intervalle, décalages de Bernoulli, pendule pesant, flot géodésique en courbure négative, systèmes Morse-Smale, fractions rationnelles sur la sphère de Riemann et attracteurs dérivés d'Anosov.

La théorie quantique des champs, la physique des particules, l'astrophysique des hautes énergies, etc. sont autant de domaines de la physique moderne qui s'appuient sur la relativité restreinte. Celle-ci est ici présentée en adoptant directement un point de vue quadridimensionnel, c'est-à-dire en passant par l'espace-temps de Minkowski. Ce livre scientifique a ceci de particulier qu'il ne se limite pas aux référentiels inertiels et considère des observateurs accélérés ou en rotation. Cela permet de discuter simplement et de manière rigoureuse d'effets physiques tels que la précession de Thomas ou l'effet Sagnac. Les derniers chapitres abordent des aspects plus avancés : champs tensoriels, calcul extérieur, hydrodynamique relativiste et traitement de la gravitation. Illustré et agrémenté de nombreuses notes historiques, cet ouvrage fait une part belle aux applications, de la physique des particules (accélérateurs, collisions de particules, plasma quark-gluon) à l'astrophysique (jets relativistes, noyaux actifs de galaxie), en passant par les applications pratiques (gyromètres à effet Sagnac, rayonnement synchrotron, GPS). Le livre contient également des développements mathématiques tels que l'analyse détaillée du groupe de Lorentz et de son algèbre de Lie. Ce livre scientifique s'adresse aux étudiants en dernière année de licence de physique (L3) ou en master (M1 et M2), ainsi qu'aux chercheurs et à toute personne intéressée par la relativité. Sa lecture facilitera également l'apprentissage de la relativité générale, en raison de l'approche géométrique adoptée.

Cet ouvrage présente et explicite des notions de base relatives à la résolution des équations aux dérivées partielles elliptiques et à l'étude de la régularité de leurs solutions. Après une étude détaillée des espaces de Sobolev (premières propriétés, théorèmes d'injection, théorèmes d'injection compacte, aussi bien pour les Sobolev dits d'exposants entiers que pour les Sobolev d'exposants fractionnaires), ce livre aborde les méthodes variationnelles permettant, par l'utilisation de la convexité, d'obtenir des solutions pour certaines équations aux dérivées partielles, linéaires et quasilinéaires. Les auteurs développent aussi une étude qualitative des équations aux dérivées partielles modèles (régularité, principe du maximum strict) et présentent des problèmes issus de la théorie des surfaces minimales et de celle de la plasticité tridimensionnelle, qui demandent l'introduction et l'étude d'espaces de fonctions à dérivée mesure, espaces qui sont très proches des espaces de Sobolev classiques. De nombreux exercices sont proposés avec, pour la plupart, des indications pour leur solution.

Depuis plus d'un siècle, les instabilités hydrodynamiques se révèlent un champ d'étude foisonnant et constamment renouvelé, enrichi par un dialogue fructueux de la mécanique avec de nombreuses branches de la physique, en particulier les transitions de phase, l'optique et la chimie non linéaires, l'astrophysique et la géophysique. Des problèmes anciens et fondamentaux comme la transition vers la turbulence sont vivifiés par de nouvelles idées. De nouveaux champs d'étude émergent aussi, comme le contrôle des instabilités, les fluides non newtoniens ou diphasiques, et les milieux granulaires. Cet ouvrage, issu d'un cours de Master de l'université de Toulouse, s'adresse à tout étudiant, chercheur ou ingénieur désirant s'initier à ces questions. Il est structuré par la théorie des systèmes dynamiques, des bifurcations et des ruptures de symétrie. Les phénomènes sont discutés, autant que possible, en termes d'échelles caractéristiques et d'analyse dimensionnelle pour accéder aux mécanismes physiques. Les méthodes asymptotiques ont aussi une large place. De nombreuses études expérimentales sont discutées en détail. Chaque chapitre se termine par des exercices, qui sont souvent des ouvertures vers des problèmes nouveaux. Enfin, onze notices biographiques présentent quelques grands noms attachés à l'étude des instabilités.

Les gradients des variables thermodynamiques intensives, potentiels mécanique et électrique, pression, température et potentiel chimique, constituent des écarts à l'équilibre thermodynamique permettant d'extraire du travail de notre environnement. Les processus de conversion d'énergie utilisant ces sources d'énergies libres sont accompagnés d'une production d'entropie qui dégrade l'efficacité de conversion. Cet ouvrage de Physique de la conversion d'énergie est issu de plusieurs cours enseignés en France et à l'étranger, principalement en M1 et M2 à la Faculté des sciences d'Orsay et à l'École Polytechnique. Il est articulé autour de deux axes principaux : o l'étude des concepts et méthodes de la physique des processus irréversibles, orientée vers l'identification et l'analyse des mécanismes de production d'entropie ; o la description et l'analyse physique des principes et limitations des générateurs magnétohydrodynamiques, thermoélectriques, thermoïoniques, photovoltaïques et électrochimiques. Ce livre vise à offrir aux étudiants de nos facultés, aux élèves de nos écoles et aux chercheurs de nos instituts, une monographie permettant d'aborder les questions de l'efficacité et du rendement des systèmes de conversion d'énergie dans la continuité des cursus de physique appliquée, de physique fondamentale, ou d'ingénierie généraliste, aux niveaux M1-M2-D.

Se fondant sur les principes de Chimie Verte, Jacques Augé et Marie-Christine Scherrmann, tous deux de formation Ingénieur, montrent comment les concepts de Chimie Verte peuvent nous conduire à élaborer une chimie innovante avec des objectifs économiques, environnementaux et éthiques, donnant au chimiste une place prépondérante dans la Société. Les réactions décrites dans cet ouvrage mettent en exergue l'économie d'atomes, la prévention des déchets, la recherche de catalyseurs efficaces, l'optimisation du milieu réactionnel, des réactifs et des procédés, l'efficacité du traitement post-réactionnel.  Les auteurs soulignent les améliorations apportées à la « vertitude » des procédés grâce à de nouveaux catalyseurs, des solvants alternatifs et des procédés non conventionnels, permettant de rendre plus sûres les transformations chimiques et de réduire au maximum le rejet de substances toxiques. Ils suggèrent même quelques pistes pour le futur en précisant les faiblesses actuelles, mais aussi les avancées majeures vers une chimie pleinement respectueuse de l'environnement. Des progrès restent à accomplir permettant aux jeunes chimistes à qui s'adressent ce livre, étudiants de Grandes Écoles, de Master, doctorants, chercheurs, enseignants, de déployer leur imagination vers de nouveaux concepts pour de nouvelles applications avec des objectifs ambitieux clairement définis. Les auteurs proposent aussi au lecteur 25 exercices intégrés aux différents chapitres afin que celui-ci puisse vérifier que les concepts sont bien acquis.

Ce livre constitue une introduction unique à la synthèse en solution du solide finement divisé, présente la chimie, la physique et des applications de ces nanomatériaux, donne une étude complète de la formation des oxydes des plus importants métaux, établit un pont entre la chimie des solutions et les nouveaux développements de la chimie du solide. Ce livre explique les mécanismes mis en jeu dans la précipitation du solide en milieu aqueux. Il rend compte de la structure cristalline, de la taille et de la forme des nanoparticules à partir des paramètres structuraux, thermodynamiques et cinétiques de la condensation des complexes métalliques en solution. Il offre aussi l'étude détaillée de la chimie et de la physico-chimie de surface des oxydes. Il présente les concepts et modèles les plus récents, par exemple la dynamique du phénomène de croissance, l'agrégation ordonnée des nanoparticules, les transferts ioniques et électroniques inter faciaux... L'étude générale des divers éléments métalliques est complétée par l'analyse détaillée de la formation et des propriétés des oxydes les plus importants au plan technologique : aluminium, fer, titane, manganèse et zirconium. Sous forme de nanomatériaux, ces éléments possèdent en effet un intérêt particulier non seulement dans divers domaines industriels tels que les poudres céramiques, les nanocomposites, les techniques sol-gel, la catalyse et la photocatalyse, la cosmétique, mais aussi en géochimie, en chimie environnementale, voire dans certains phénomènes biologiques. L'ouvrage est une refonte complète du livre « De la solution à l'oxyde » du même auteur paru en 1994 (InterÉditions / CNRS Éditions). Il reste la principale monographie traitant de la formation des oxydes à partir des solutions. Il s'adresse aux étudiants avancés de 2e et 3e cycles universitaires, aux élèves des écoles d'ingénieurs et aux chercheurs d l'industrie.

La plupart des matériaux qui nous entourent présentent un désordre et des hétérogénéités de tailles très variables. La Science et le Génie de ces systèmes font l'objet de cet ouvrage qui s'adresse à un large public. Une simple moyenne ne suffit souvent pas, le plus souvent, pour rendre compte des effets du désordre, qui nécessite des approches théoriques examinées brièvement dans la première partie. Nous décrivons par la suite diverses classes de matériaux désordonnés en commençant par l'étude géométrique et mécanique des milieux granulaires qui servent de modèle de référence des effets du désordre, et qui interviennent, de plus, dans de nombreux systèmes rencontrés dans la nature et des domaines d'applications. L'étude des milieux poreux et des suspensions prend en compte l'existence de phases fluides entre les grains dans une approche mixte mécanique et hydrodynamique. Le désordre conduit à des propriétés d'évolution temporelle lente (vieillissement). Nous examinons les caractéristiques physicochimiques de plusieurs classes de matériaux désordonnés qui présentent ces caractéristiques : les mousses, les matériaux colloïdaux (la « matière molle »), et les verres dont le statut intermédiaire entre solide et liquide n'est pas totalement compris. Des annexes précisent des notions fondamentales de base communes à ces systèmes. Étienne Guyon, est chercheur au laboratoire Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes (PMMH) de l'ESPCI. Ses recherches concernent le désordre de la matière et la mécanique des fluides et des solides. Il est actif dans la médiation de la Science. Jean-Pierre Hulin, est chercheur au laboratoire Fluides, Automatique et Systèmes thermiques (FAST) à Orsay. Ses recherches portent sur les écoulements et le transport en milieux poreux et fracturés, les écoulements granulaires, les instabilités hydrodynamiques et le mélange. Daniel Bideau, est actuellement professeur émérite à l'université de Rennes 1 et physicien à l'Institut de Physique de Rennes. Il travaille sur les propriétés physiques des milieux granulaires et plus généralement sur les systèmes désordonnés.

Le climat de la Terre change, n'a cessé de changer au cours des temps et continuera de le faire dans l'avenir. Comprendre l'évolution du climat de la Terre et ses multiples variations n'est pas seulement un défi académique. C'est aussi un préalable indispensable pour mieux cerner le climat futur et ses incidences possibles sur la Société de demain. Jean-Claude Duplessy et Gilles Ramstein ont rassemblé une cinquantaine de chercheurs parmi les plus actifs de leur discipline pour présenter dans un premier volume les bases des techniques de reconstructions des climats passés leur cadre chronologique. Dans un second volume, les auteurs montrent les approches les plus modernes pour reconstituer le fonctionnement du système climatique dans le passé à partir d'observations et de modèles. Ce livre permettra à tous ceux qui veulent se forger leur propre opinion d'acquérir l'information indispensable pour se faire une idée objective du climat, de ses variations passées et futures, afin de juger avec le recul nécessaire de l'importance du changement climatique en cours.Jean Claude Duplessy, géochimiste, est directeur de recherche émérite au CNRS. Ses recherches en paléoclimatologie font mondialement autorité.Gilles Ramstein, est directeur de recherche au CEA. Au sein du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, ses travaux visent à modéliser les changements climatiques à diverses échelles de temps.

Notre connaissance de la Voie lactée a été profondément renouvelée depuis une dizaine d'années suite aux résultats du satellite astrométrique HIPPARCOS et aux grands relevés stellaires. Bien des concepts que l'on croyait bien établis se sont effondrés, pour être remplacés par d'autres qui vont dans le sens d'une plus grande complexité : en particulier, la mise en évidence des migrations radiales des étoiles vient brouiller l'image simpliste que l'on avait du disque galactique. Certains sujets ont fait d'énormes progrès, par exemple la physique du centre de la Voie lactée avec son trou noir massif, mais d'autres problèmes subsistent, comme la nature de la matière noire qui semble exister dans notre Galaxie. Cet ouvrage fait le point des connaissances actuelles sur la Voie lactée, présentées d'une manière aussi simple et didactique que possible. Les notions de base sont toujours rappelées, ce qui rend son accès possible aux lecteurs n'ayant pas de formation approfondie en astronomie. Cet ouvrage de base servira pour mieux comprendre les résultats attendus de Gaia, qui vont arriver dans quelques années après le lancement en 2013. Françoise Combes est astronome à l'Observatoire de Paris et membre de l'Académie des sciences. Son activité couvre une très grande partie des sujets abordés dans ce livre, avec une prédilection pour les simulations numériques. James Lequeux est astronome émérite à l'Observatoire de Paris. Ses principales spécialités sont le milieu interstellaire, la formation des étoiles et l'évolution des galaxies.

Les peintures, encres, ciments, boues, mousses, émulsions, dentifrices, gels, purées, ont des structures complexes et des comportements parfois surprenants, souvent intermédiaires entre ceux des solides et ceux des liquides simples. Il s'agit d'états de la matière qui sortent du cadre habituel de la physique des gaz, liquides ou solides moléculaires puisqu'ils sont composés d'éléments plus gros. En pratique on cherche à analyser leurs évolutions internes, à mettre au point les matériaux en fonction des propriétés recherchées, ou bien même à en inventer de nouveaux aux propriétés plus originales. Pour cela il est essentiel de comprendre comment se déforment ou s'écoulent ces matériaux en fonction des interactions et des structures formées par les éléments qu'ils contiennent. Cet ouvrage s'adresse à un large public : étudiants à partir de la licence, ingénieurs ou chercheurs en mécanique, physique, chimie, biologie, etc. Il présente une vision unifiée de l'origine physico-chimique des comportements mécaniques des gaz, solides ou liquides simples, suspensions, polymères, colloïdes, émulsions, mousses, granulaires, ainsi que les techniques de mesure de ces comportements. Le formalisme mathématique a été allégé au maximum afin de se focaliser sur les explications physiques des phénomènes. Cet ouvrage s'adresse à un large public : étudiants à partir de la licence, ingénieurs ou chercheurs en mécanique, physique, chimie, biologie... Il présente une vision unifiée de l'origine physico-chimique des comportements mécaniques des gaz, solides ou liquides simples, suspensions, polymères, colloïdes, émulsions, mousses, granulaires, ainsi que les techniques de mesure de ces comportements. Le formalisme mathématique a été allégé au maximum afin de se focaliser sur les explications physiques des phénomènes.

La cristallographie se renouvelle sans cesse grâce en particulier aux progrès spectaculaires des sources de rayons X. Son apport est déterminant dans l'étude des matériaux modernes les plus divers, des nano-cristaux à la biologie. Cet ouvrage offre dans une première partie une présentation logique et claire de la cristallographie permettant de bien comprendre la relation liant la symétrie des cristaux aux niveaux microscopique (groupe d'espace) et macroscopique (groupe ponctuel), présentée ici de façon très pédagogique. La deuxième partie montre comment cette symétrie influe sur les propriétés physiques des cristaux qui doivent être caractérisées par des tenseurs et en particulier l'élasticité, la piézoélectricité, la biréfringence, le pouvoir rotatoire et un certain nombre d'effets électro-optiques et acousto-optiques. Des exercices corrigés accompagnent les chapitres. Ce livre, issu d'un enseignement donné pendant plusieurs années par les auteurs à l'université Paris Diderot, intéressera les étudiants de master, les élèves ingénieurs et les doctorants. Il servira aussi de référence aux chercheurs et aux ingénieurs de la matière condensée.

L'imagerie par résonance magnétique s'est développée de manière prodigieuse au cours des quarante dernières années et le champ d'application des méthodes mises en oeuvre, mais aussi leur complexité, s'accroissent de manière continue. Ce livre scientifique a pour objectif de décrire de manière rigoureuse les différentes méthodes de production d'une image par résonance magnétique. Les différentes étapes de production d'une image sont présentées : excitation spatialement sélective, codage de l'espace, traitement des données. Les multiples séquences d'impulsions constituant la panoplie des utilisateurs de l'IRM sont décrites de manière détaillée, depuis les séquences de base de type écho de gradient ou écho de spin, jusqu'aux séquences rapides exploitant l'établissement d'un état stationnaire, et aux balayages écho-planar ou spirale. La description couvre des aspects plus complexes, comme les techniques d'excitation spatiale multi-dimensionnelle ou l'imagerie parallèle.

Cet ouvrage réunit dans un même cadre conceptuel les structures d'objets nanoscopiques aussi divers que les films toriques construits par des molécules amphiphiles ou des phospholipides et les phases ou fibres torsadées construites par des molécules de cristaux liquides, des polymères ou des macromolécules biologiques. Des objets non seulement divers mais aussi étonnamment complexes dans la mesure où les assemblages de leurs molécules y présentent localement de forts écarts à tout ordre régulier. Ces écarts à l'ordre, ou défauts, jouent un rôle essentiel dans le choix d'une forme d'organisation, le contrôle de sa taille ou de son inclusion dans une séquence hiérarchique. Dans la mesure où les mises en oeuvre des matériaux biologiques dans les organismes sont étroitement reliées à leurs structures et morphologies, l'étude de ces défauts prend là une importance particulière. Les auteurs développent une approche systématique et unifiée des défauts dans ces objets de la matière «molle» ou de la biologie en mettant en oeuvre le concept de frustration imaginé à l'origine pour décrire des systèmes de la matière « dure » présentant une grande variété d'écarts à l'ordre cristallin. Les outils géométriques et topologiques nécessaires à cette mise en oeuvre sont présentés dans le texte à l'aide de nombreuses illustrations faisant largement appel à l'intuition du lecteur, le formalisme rigoureux est néanmoins développé dans des appendices. Cette extension du concept de frustration de la matière « dure » vers la matière « molle » illustre remarquablement son universalité et suggère de nombreux développements. Cet ouvrage, synthèse unique sur un sujet très riche et très actuel, s'adresse aux chercheurs, enseignants et étudiants attentifs au rôle des défauts en matière condensée et biologie structurale.

Sable, riz, sucre, neige, ciment...La matière en grains nous est familière et abonde dans nos cuisines, dans la nature et de nombreux procédés industriels. Ce livre scientifique présente les propriétés fondamentales des milieux granulaires, discute les différents comportements solide, liquide et gaz qu'ils peuvent avoir, et aborde les problématique géophysiques du transport de sédiment et de la géomorphologie.

Cet ouvrage est une introduction aux méthodes modernes de la topologie symplectique. Il est consacré à un problème issu de la mécanique classique, la "conjecture d'Arnold', qui propose de minimiser le nombre de trajectoires périodiques de certains systèmes hamiltoniens par un invariant qui ne dépend que de la topologie de la variété symplectique sur laquelle évolue ce système. Ce livre comporte deux parties : une présentation moderne de la théorie de Morse, suivie d'une introduction à l'homologie de Floer - une théorie de Morse en dimension infinie qui est à l'origine des progrès récents en géométrie symplectique et de contact; il vient combler une lacune dans la littérature, puisqu'il n'existe pas de référence absolument complète et accessible sur le sujet.

Fonctions de réponse, relations de Kramers-Kronig, fonctions de Green, méthode du col, autant de méthodes et d'outils mathématiques omniprésents en physique et en sciences de l'ingénieur qui sont mis à l'honneur par cet ouvrage. La présentation privilégie arguments et interprétations physiques sans pour autant perdre la rigueur indispensable. Des introductions synthétiques en décrivent les caractéristiques essentielles, établissant ainsi connexions et analogies entre différents domaines. Elles sont complétées d'une vingtaine d'applications portant sur des domaines variés de la physique (électromagnétisme, hydrodynamique, physique statistique, mécanique quantique) qui sont traitées en détail, et accompagnées d'exercices avec des éléments de solution. La lecture autonome de l'ouvrage est facilitée par une présentation pédagogique évitant les développements trop techniques, ainsi que par la description schématique d'outils importants en annexe. Le public concerné comprend naturellement les étudiants physiciens en Master ou en Doctorat, quelle que soit leur spécialité. Cet ouvrage étant également conçu comme un manuel, il s'adresse aussi aux chercheurs, enseignants, élèves ingénieurs et ingénieurs.

Depuis le début du XXIe siècle, l'observation astronomique a nettement progressé rendant nécessaire la mise à jour du précedent best-seller de Pierre Lena Méthodes physiques de l'observation, éditée en 1996 et épuisée à ce jour. Cet ouvrage présente une vue synthétique des outils et des méthodes de l'observation astronomique en ce début de millénaire. Bâtie sur une série de cours de niveau doctoral, cette troisième édition est entièrement renouvelée et largement augmentée. En effet, en à peine plus d'une décennie, l'astronomie d'observation, appuyée sur des technologies nouvelles d'imagerie et de détection, a extraordinairement progressé : optique adaptative, interférométrie optique, accès au submillimétrique, découverte d'exoplanètes ou quête des neutrinos, pour ne citer que quelques exemples. Pour explorer ces champs nouveaux apparaissent des téléscopes et des missions spatiales d'une grande originalité. L'ouvrage développe également quelques traits du monde numérique : le traitement du signal, les bases de données et les observatoires virtuels.

Véritable science de l'Univers, la cosmologie étudie ses lois et proposent des modèles afin de mieux comprendre ces cieux si mystérieux. La multiplication des récentes observations extragalactiques a bouleversé les schémas anciens et imposé une étroite association entre d'une part l'étude des grandes structures de l'Univers, de leur origine et de leur évolution, et d'autre part la construction de modèles cosmologiques. À la pointe de cette démarche : l'étude de l'inflation, qui marie relativité générale et théorie des champs, aborde les rives les plus élaborées et les plus spéculatives de la cosmologie. Ce livre est conçu comme un outil destiné aux étudiants ou aux chercheurs désireux d'aborder cette thématique d'explorer les fondements théoriques permettant de comprendre les observations extragalactiques sur lesquelles la cosmologie moderne s'est construite. Il ne nécessite pas d'importantes connaissances préalables en physique théorique ; les concepts et les équations présentés sont construits ou déduits directement de principes fondamentaux. Les chapitres constituent ainsi un corpus de connaissance cohérent, abordant successivement l'origine de la matière, les mécanismes de formation des grandes structures de l'Univers et les outils qui permettent de les sonder : lentilles gravitationnelles, anisotropies et polarisation du fond diffus cosmologique. Ils sont tous complétés d'aspects plus élaborés permettant d'illustrer, ou d'affiner, les concepts présentés dans les parties principales. Un ensemble varié de planches couleur illustre et complète le texte.