Hydrodynamique physique 3e édition (2012)

Livre numérique

Une approche physique de la mécanique des fluides, proposée dès sa version initiale (1991) par les trois enseignants chercheurs auteurs d'Hydrodynamique physique, a connu un grand succès. Ce livre, devenu rapidement un classique en France et à létranger, a été réédité dix ans plus tard dans une version considérablement enrichie, suite à de nombreux échanges avec les collègues et les étudiants qui l'avaient utilisé.
Après un nouvel intervalle de dix ans, cet ouvrage a été revu en profondeur tout en conservant son style qui privilégie les arguments physiques, les raisonnements intuitifs et les calculs simples ; il donne une large part aux approches expérimentales et présente une iconographie renouvelée. Dans cette nouvelle édition, l'image joue un rôle accru en tirant souvent parti des nouveaux outils numériques, comme en témoigne le cahier central en couleurs destiné à stimuler la curiosité du lecteur.
Il était devenu indispensable de prendre en compte les évolutions considérables de l'hydrodynamique qui associe de plus en plus étroitement physiciens et mécaniciens ; le contenu de la présente édition reflète également une ouverture croissante vers dautres domaines des sciences expérimentales telles que les sciences de la nature et du vivant, le génie des procédés ou les sciences de l'environnement. Cet ouvrage intéressera donc les chercheurs et les ingénieurs de tous ces domaines, à côté des physiciens et des mécaniciens.
Ce livre fournit un panorama extrêmement riche des écoulements de la matière, fluide ou presque fluide. De plus, il ne s'égare jamais dans les calculs, qui peuvent être vus comme des exercices d'application, avant d'en avoir dégagé des principes. Le même souci pédagogique qui caractérisait les versions précédentes a été conservé : les étudiants de licence et de master, ainsi que les élèves des classes préparatoires et les élèves-ingénieurs pourront donc en faire un usage particulièrement fructueux.

Table des matières

Table des matières
Hydrodynamique physique 3e édition (2012) 1
Préface 4
Table des matières 6
Introduction 16
Chapitre 1 : Physique des fluides 20
1.1 L’état liquide 20
1.2 Coefficients macroscopiques de transport 27
1.3 Modèles microscopiques des coefficients de transport 38
1.4 Effets de surface et tension superficielle 48
1.5 Diffusion de rayonnements dans les fluides 65
1.6 Coefficients de transport de fluides 78
Chapitre 2 : Transport de la quantité de mouvement et régimes d’écoulement 80
2.1 Transports diffusif et convectif de quantitéde mouvement dans les écoulements 81
2.2 Modèles microscopiques de la viscosité 87
2.3 Comparaison entre les mécanismes de diffusion et de convection 93
2.4 Description de différents régimes d’écoulement 98
Chapitre 3 : Cinématique des fluides 104
3.1 Description du mouvement d’un fluide 104
3.2 Déformations dans les écoulements 109
3.3 Conservation de la masse dans un fluide en écoulement 120
3.4 Fonction de courant 125
3.5 Visualisations et mesures de vitesse et de gradient de vitesse dans les écoulements 132
Chapitre 4 : Dynamique des fluides visqueux, rhéologie, écoulements parallèles 144
4.1 Forces de surface 144
4.2 Équation du mouvement d’un fluide 151
4.3 Conditions aux limites dans les écoulements fluides 155
4.4 Les fluides non newtoniens 159
4.5 Écoulements unidirectionnels de fluides visqueux newtoniens 178
4.6 Écoulements unidirectionnels simplesd e fluides non newtoniens indépendants du temps 198
Chapitre 5 : Équations de bilan 210
5.1 Équation de bilan de masse 210
5.2 Bilan de quantité de mouvement 211
5.3 Bilan d’énergie cinétique – équation de Bernoulli 217
5.4 Applications des équations de bilan de quantité de mouvement et d’énergie 229
Chapitre 6 : Écoulements potentiels 244
6.1 Introduction 244
6.2 Définitions, propriétés et exemples d’écoulements potentiels 246
6.3 Forces sur un obstacle dans un écoulement potentiel 265
6.4 Ondes linéaires à la surface d’un fluide parfait 275
6.5 Analogie électrique des écoulements potentiels bidimensionnels 283
6.6 Potentiel complexe des vitesses 286
Chapitre 7 : Vorticité, dynamique du tourbillon, écoulements en rotation 302
7.1 La vorticité : définition, exemple des filaments de tourbillons rectilignes 303
7.2 Dynamique de la circulation de la vitesse d’écoulement 314
7.3 Dynamique de la vorticité 325
7.4 Exemples de répartition de vorticité concentrée sur des lignes singulières 332
7.5 Tourbillons, vorticité et locomotion dans l’air et dans l’eau 345
7.6 Fluides en rotation 351
7.7 Vorticité, rotation et écoulements secondaires 379
Chapitre 8 : Écoulements quasi parallèles – Approximation de lubrification 392
8.1 Approximation de lubrification 392
8.2 Écoulements de films liquides à surface libre – hydrodynamique du mouillage 411
8.3 Chute d’un jet liquide cylindrique 427
Chapitre 9 : Écoulements à petit nombre de Reynolds 436
9.1 Les écoulements à petit nombre de Reynolds 437
9.2 Équation du mouvement à petit nombre de Reynolds 440
9.3 Forces et moments s’exerçant sur un solide en mouvement 453
9.4 Déplacement d’une sphère dans un fluide visqueux 462
9.5 Limites de la description de Stokes des écoulements à faible nombre de Reynolds 477
9.6 Dynamique des suspensions 482
9.7 Écoulements dans les milieux poreux 488
Chapitre 10 : Transports couplés. Couches limites laminaires 510
10.1 Introduction 511
10.2 Structure de la couche limite près d’une plaque plane dans un écoulement uniforme 512
10.3 Équations de mouvement dans la couche limite – théorie de Prandtl 514
10.4 Profils de vitesse dans les couches limites 520
10.5 Couche limite laminaire en présence d’un gradient de pression externe : décollement des couches limites 527
10.6 Aérodynamique et couches limites 535
10.7 Sillage et jet laminaire 543
10.8 Couches limites thermiques et massiques 551
10.9 Flammes 569
Chapitre 11 : Instabilités hydrodynamiques 582
11.1 Une approche globale des instabilités : le modèle de Landau 583
11.2 Instabilité de Rayleigh-Bénard 592
11.3 Autres exemples d’instabilités fermées 606
11.4 Instabilités d’écoulements ouverts 615
Chapitre 12 : Turbulence 628
12.1 Une longue histoire 629
12.2 Les équations de base 630
12.3 Expressions empiriques du tenseur de Reynolds et applications aux écoulements libres 640
12.4 Écoulements turbulents libres : jets, sillages 644
12.5 Écoulements près d’une paroi solide 653
12.6 Turbulence homogène – théorie de Kolmogorov 674
12.7 Autres aspects de la turbulence 685
Références bibliographiques 690
Index 702
Cahier couleurs 709

Compléments