LDD3 Géosciences, Physique

Algèbre linéaire, espaces vectoriels de dimension finie et infinie.

Systèmes d’équations différentielles et introduction aux équations aux dérivées partielles.

Mathématiques S5

Programme
Fonctions d’une variable complexe
Dérivation, intégration, fonctions multivaluées, transformations conformes, potentiel complexe en hydrodynamique.
Distributions
Espaces D et D’, distributions régulières et singulières, opérations sur les convolutions (dérivation,convolution…), transformée de Fourier.

"Mathématiques pour la physique et les physiciens !", Walter Appel, H&K Éditions

Dans l’état solide, les matériaux présentent une grande diversité de propriétés physiques : électriques, magnétiques, thermiques, optiques, etc…
Nous essaierons de comprendre pourquoi en introduisant quelques modèles de base pour les propriétés les plus importantes, telle que la conduction électrique dans les métaux ou dans les semiconducteurs, le magnétisme ou encore les propriétés thermiques des solides. On expliquera les idées physiques et les modèles pour les transitions de phase magnétiques et de transition supraconductrice.
On discutera quelques-unes des nouvelles propriétés liées à la miniaturisation et la nanotechnologie.
Dans ce cours introductif on présentera des calculs simples de manière à rester aussi quantitatif que possible, tout en mettant l’accent sur les idées physiques. Des connaissances de physique statistique et de mécanique quantique seront requises.

Introduction et aspects historiques
   La mécanique ondulatoire.
   Les outils mathématiques pour la physique quantique.
   Les postulats de la mécanique quantique.
   L’oscillateur harmonique et ses applications.
   Théorie générale du moment cinétique.
   Le moment cinétique de spin.
   L’atome d’hydrogène.

Quantique : rudiments , Jean-Marc Levy-Leblond et Françoise Balibar, Inter Editions CNRS, 1984.
– Physique Quantique : introduction , Christian et Hélène Ngo, Masson 1991.
– Introduction à la mécanique quantique , Jean Hladik et Michel Chrysos, Dunod, 2006.
– Mécanique Quantique , Christophe Texier, Dunod, 2011.

Généralités

Du microscopique au macroscopique, degrés de liberté, systèmes classiques et quantiques, ordres de grandeurs, théorème ergodique, probabilités et méthodes statistiques.

Systèmes à l’équilibre

Entropie statistique, ensembles d’équilibre (micro-canonique, canonique et grand-canonique), fonctions de partition et grand potentiel, statistiques de Fermi-Dirac et de Bose-Einstein, fluctuations, applications à la physique des fluides et des solides, à l’électronique, aux transitions de phases, au rayonnement.

• Physique statistique : introduction , C. Ngô et H. Ngô, Dunod, 2008 (3eme éd.).
• Physique statistique , B. Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet, Hermann, 1996.
• Eléments de physique statistique , S. Vauclair, Dunod, 1993.
• Thermodynamique et physique statistique , B. Jancovici, Nathan Université, 1996.
• Introduction to modern statistical physics , D. Chandler, Oxford University Press, 1987.

- Lois de la Mécanique, Principe fondamental de la dynamique, notamment en coordonnées polaires.
- Mathématiques : maitrise des vecteurs, et équations différentielles du premier et second ordre à coefficients constants. Fonctions de plusieurs variables et équations aux dérivées partielles. Opérateurs différentiels et théorème de Green-Ostrogradski.

Introduction

Définition et propriétés d’un fluide. Notions sur les mouvements thermiques: flux de particules, interactions et libre parcours moyen. Grandeurs physiques décrivant l’état d’un fluide, échelle hydrodynamique, particule fluide. Forces au sein d’un fluide: notions de pression et de viscosité. %%%Nombre de Reynolds, cas du fluide parfait.

Fluides en équilibre

Loi de l’hydrostatique, principe de Pascal. Théorème d’Archimède. Phénomène de convection.

Cinématique des fluides

Description d’un écoulement, trajectoire, ligne et tube de courant, notion de débit. Points de vue d’Euler et de Lagrange – Dérivée particulaire, advection. Conservation de la masse (équation de continuité) et du débit, cas incompressible. Etude locale du champ de vitesse: déformation et rotation, relation avec la divergence et le rotationnel de la vitesse. Cas incompressible: écoulement isovolume.

Dynamique des fluides parfaits

Conservation de la quantité de mouvement: équation d’Euler. Théorème de Bernoulli (sous forme locale et intégrale) et généralisations. Point de vue énergétique. Point d’arrêt et prise de pression.  Applications: écoulement de Torricelli, effet Venturi, tube de Pitot, tourbillon, effet Magnus… Notion de perte de charge singulière, théorème de transport de Reynolds - notion de volume de contrôle.

Dynamique des fluides réels

Mise en évidence expérimentale de la viscosité, écoulement de Couette. Les différents types de fluides visqueux.  Loi de Poiseuille et applications. Perte de charge régulière. L’équation de Navier-Stokes.

Cette UE comprend 2 séances de travaux pratiques sur 2 des 6 thèmes suivants : impulsion d’un jet / déversoirs, milieux poreux /ondes acoustiques, mesures de débit, sillage d’un cylindre, venturi/profil de vitesse, pertes de charges.

Electrostatique, magnétostatique. Equations de Maxwell. Equation d'onde (d'Alembert). Dispersion, vitesse de groupe. Onde plane, sphérique. Polarisation d'une onde vectorielle. Energie électromagnétique, vecteur de Poynting.

Chapitre 1 : Milieux diélectriques, aspects macroscopiques 2h

Chapitre 2 : Milieux diélectriques, aspects microscopiques 2h30
Les 3 mécanismes de polarisation ; champ local et champ de Maxwell ; polarisabilité : définition et modèles classiques dans les trois cas ; relation entre polarisabilité et susceptibilité en milieu dilué ; ) milieux denses et ferroélectricité

Chapitre 3 : Propagation d’une OEM dans un milieu lhi 3h30 + coefficients de Fresnel 2h30

Chapitre 4 : Milieux aimantés, aspects macroscopiques
Courants d’aimantation équivalents Champs magnétiques B et H, relations de passage, exemple du cylindre aimanté, champ démagnétisant. Relation M(H). Milieux LHI. Couple, énergie, force et applications aux milieux LHI. Milieux ferromagnétiques, domaines, courbe de première aimantation et cycle d’hystérésis ; ferros durs et doux, quelques applications. 4h30

Chapitre 5 : Milieux aimantés, aspects microscopiques 3h

TD 0 : Révisions électrostatique, non traité en séance (corrigé en ligne).

TD1 : Milieux diélectriques, aspects macroscopiques 3h

TD2 : Milieux diélectriques, aspects microscopiques 3h

TD3 : Milieux diélectriques : régime variable et propagation d’une onde 4h. + coefficients de Fresnel 2h

TD4 : Milieux magnétiques : aspects macroscopiques 4h 

TD5 : Milieux magnétiques : applications macroscopiques 2h

TD6 : Milieux magnétiques : aspects microscopiques 2h

Milieux diélectriques et magnétiques.

- Principe fondamental de la dynamique, notamment en coordonnées polaires
- Travail des forces, théorème de l'énergie cinétique
- Théorème du moment cinétique pour une masse ponctuelle
- Théorème du moment cinétique pour un solide en mouvement plan
- Mathématiques : maitrise des projections de vecteur, et équations différentielles du premier
et second ordre à coefficients constants.

•       Rappels sur les théorèmes généraux de la mécanique pour les systèmes de points matériels (lois de conservation, théorèmes de Koenig)
•       Dynamique du solide indéformable pour des mouvements plans (centre instantané de rotation, roulement sans glissement, moment d’inertie, théorème de Huygens)
•       Mécanique Lagrangienne (introduction au principe variationnel, principe de Hamilton, équations de liaison et contraintes)
•       Oscillations couplées (fréquences propres et modes normaux)
•       Dynamique du solide indéformable pour des mouvements 3D (tenseur d’inertie, approximation gyroscopique, angles d’Euler, équations d’Euler, mouvement de Poinsot)
•       Introduction à la mécanique hamiltonienne

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs / connaissances acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre (L1, L2 et premier semestre de L3). L’étudiant devra notamment mobiliser les apprentissages acquis dans les enseignements de pétrographie magmatique ainsi qu’en géochimie (GEOS220, GEOS207, GEOS329).

La grande variété des roches magmatiques et métamorphiques sur le globe indique que ces roches sont le résultat d’une suite de processus complexes, dont les compositions minéralogiques et géochimiques sont la mémoire.

Le cours présente les caractéristiques pétrologiques et géochimiques des roches du manteau terrestre et des magmas dans les différents contextes géodynamiques, en insistant sur les relations entre compositions minéralogique et géochimique. Les compositions en éléments majeurs, traces et isotopiques sont utilisées pour discuter les processus impliqués dans la formation de ces différents types de magma (source, fusion partielle, cristallisation fractionnée, mélange).

Les Travaux Pratiques servent à illustrer les différences pétrologiques et minéralogiques dans les différents contextes géodynamiques, en macroscopie et microscopie, à travers des exemples de séries magmatiques et métamorphiques.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont de :

 Reconnaître les différents types de roches magmatiques et métamorphiques à travers l’observation et la description. L’étudiant observera et distinguera les grands types de roches magmatiques (volcaniques et plutoniques) et métamorphiques par la manipulation d’échantillons macroscopiques et microscopiques (lames minces de roches) à partir de leur minéralogie et texture en Travaux Pratiques. 
Analyser les modalités de formation des roches magmatiques et métamorphiques d’après les observations macroscopiques et microscopiques. L’étudiant pourra évaluer l’origine géodynamique des différentes roches en lien avec les connaissances acquises pendant les cours magistraux.
Reconnaître les différents types de roches magmatiques d’après les compositions en éléments majeurs et traces. L’étudiant devra se familiariser avec les compositions en éléments majeurs et les spectres de Terres Rares et les utiliser pour reconnaître ces roches et savoir analyser leur origine géodynamique.
Comprendre les notions de formation des magmas et de leur évolution dans les différents contextes géodynamiques. L’étudiant devra, à travers le comportement des éléments chimiques, comprendre comment les magmas se forment dans le manteau terrestre ou dans la croûte (fusion partielle) et comment les magmas évoluent en composition lors des processus pétrogénétiques (cristallisation, mélange), et qui amènent à la diversité pétrologie et géochimique des roches magmatiques.
Comprendre les transformations minéralogiques des différents types de roches associées au métamorphisme. L’étudiant devra se familiariser avec l’évolution minéralogique des différentes roches métamorphiques et évaluer les conditions pression-température auxquelles les roches ont été soumises dans les différents contextes géodynamiques.

Les compétences acquises seront évaluées au cours des séances de travaux dirigés et de travaux pratiques (0,4), lors de l’examen partiel (0,2), puis lors de l’examen final (0,4 ; écrit : 0,2 et Travaux Pratiques : 0,2). Lors de la deuxième session, un examen écrit aura lieu (0,6), la note d’examen de Travaux Pratiques étant conservée (0,4).

Bases de la géologie structurale et de la tectonique (relation contraintes/déformations, modalité de la rupture (type de faille-glissement), modalité du plissement (géométries), savoir réaliser des coupes géologiques, connaitre les différents contextes géodynamiques et les structures associées.

But :
Reconnaître, décrire et interpréter les structures nées de l'activité tectonique superficielle à profonde dans les divers contextes géodynamiques terrestre.
Programme :
Les différentes conditions de la déformation des roches (déformation cassante/ ductile). L'influence de paramètres physiques (T°,P° P°H2O, anisotropie ...) sur la déformation. Les modes de formation des structures tectoniques : aspect cinématique et dynamique (failles, plis, schistosités, foliations, linéations, ...). Les associations de structures tectoniques et leur interaction spatiale et temporelle dans leur cadre géodynamique. Les systèmes tectoniques élémentaires (système extensif, compressif, décrochant).

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont de :
Reconnaitre, comprendre, analyser et évaluer les déformations structurales engendrées par l’activité tectonique superficielle à profonde dans divers contextes tectoniques.

Reconnaitre et comprendre l’influence des conditions physiques sur la déformation des roches. Observer et de distinguer l’influence des paramètres physiques internes (nature rhéologique) et externe (température, pression, vitesse…) sur la déformation des roches. Comprendre et analyser la fracturation naturelle des roches en déformation cassante. Les critères de rupture (Coulomb-Navier/Griffith) et leurs représentations dans le cercle de Mohr seront étudiés. Comprendre l’organisation spatiale les différentes structures tectoniques (fentes de tension, stylolites, cisaillements secondaires) en déformation rotationnelle et non-rotationnelle. Comprendre l’évolution dynamique des failles, les structures en terminaison et dans les zones de relais de faille. Il évaluera l’organisation spatiale des contraintes principales en relation avec ces déformation (modèle d’Anderson). Analyser les critères de mouvements sur les miroirs de failles. Reconnaître les différents types de tectoglyphes visibles sur les miroirs de failles dans l’objectif d’en évaluer le déplacement. Comprendre leurs genèses ainsi que leurs évolutions selon les contextes d’écartement, de rapprochement et de glissement pur sur le plan de faille. Ces déplacements seront utilisés et interprétés du point de vue dynamique par leur représentation stéréographique et l’évaluation des paléocontraintes régionales déduites des méthodes graphiques du dièdre droit et du dièdre aiguë réduit. Reconnaitre, analyser et évaluer les structures tectoniques d’échelles régionales. Intégrer l’ensemble des concepts précédents pour identifier les différentes structures tectoniques régionales, selon le contexte géodynamique extensif, décrochant et compressif. Définir, décrire et associer les grandes structures tectoniques régionales issues de ces différents contextes géodynamiques. Intégrer les différentes expressions de la déformation depuis l’échelle de la lithosphère (cassant/surface – ductile/profondeur) jusqu’à l’échelle d’un affleurement (diaclase, faille, plissement, …)

L’enseignement de cette UE comprend 21h de cours magistral et 24h de TD/TP.
Les séances pratiques se répartissent en 2 séances de TD (Utilisation du cercle de Morh pour la résolution de problèmes de fracturation – exercices de projection stéréographique pour la détermination de paléo-contraintes) et 6 séances de TP: 2 séances pour exercices de projection stéréographique pour la détermination de paléo-contraintes et 4 pour l’interprétation et de commentaire de carte géologique (schéma structural-coupe-log-interprétation régionale)

L’étudiant devra connaître les bases de la géologie structurale et de la tectonique (relation contraintes/déformations, modalité de la rupture (type de faille-glissement), modalité du plissement (géométries), savoir réaliser des coupes géologiques, connaitre les différents contextes géodynamiques et les structures associées.

• Brahic A. (1999 à 2006): Sciences de la Terre et de l’Univers – Ed Vuibert
• Caron J-M (1995: Comprendre et enseigner la planète Terre – Ed Ophrys GAP
• Choukroune P. (1995): Déformations et déplacements dans la croûte terrestre – Ed Masson
• Debelmas J. & Mascle G (1991): Les grandes structures géologiques – Ed Dunod
• Jolivet L. (1995): La déformation des continents. Exemples régionaux – Ed Hermann
• Mattauer M. (1998): Ce que disent les pierres – Ed Belin
• Mattauer M. (1980): Les déformations des matériaux de l’écorce terrestre – Ed Hermann.
• Mercier J. Vergely P Y. Missenard. (1992, 2011): Tectonique – Ed Dunod- Nicolas A. (1989)

Ce module présente l'ensemble des méthodes de la géophysique appliquée (appelée aussi géophysique de subsurface) permettant d'explorer, d'imager et plus généralement d'obtenir des informations sur le sous-sol. Parmi toutes les méthodes géophysiques existantes, les étudiants seront initiés à la prospection sismique, magnétique, gravimétrique, les mesures de résistivité électrique et le radar de sol. Ils s'approprieront les principes physiques, les mesures ainsi que les bases de traitement et d'interprétation de ces différentes méthodes.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont de :

Choisir la pertinence d'une méthode géophysique adaptée selon le but recherché et les caractéristiques du site étudié Traiter et analyser les données des différentes méthodes de prospection géophysique. Développer un sens critique par rapport aux données Interpréter les données de différentes méthodes de prospection géophysique, synthétiser et construire un modèle conceptuel Faire le lien entre des connaissances géologiques et physiques et utiliser ou développer ses compétences mathématiques et informatiques S'initier à des méthodes d'imagerie du proche sous-sol classiquement utilisées dans les entreprises de géophysique et les bureaux d'études.

J. Dubois et M. Diament, Géophysique, Cours et Exercices corrigés, Dunod, 2ème édition 2001.

Le programme du module « Climat, Energie » de L1 (ou équivalent).
Présentations ppt, énoncés des TP et corrigés du module de L1 mis en ligne à la disposition des étudiants pour revoir les pré-requis en travail à distance.

Le but de cette UE est de comprendre le fonctionnement du système climatique à l’actuel ainsi qu’au cours des grandes variabilités climatiques que couvre le Quaternaire. Cette UE multidisciplinaire puisqu’intégrant des notions de chimie, physique, biologie et géologie permettra aux étudiants de combiner et d’approfondir des connaissances acquises antérieurement dans leur parcours universitaire à travers les domaines de la climatologie et de la paléoclimatologie. Afin d’atteindre cet objectif, les étudiants exploreront différents grands réservoirs du système climatique terrestre (Atmosphère, Hydrosphère, Cryosphère), les connections existantes entre eux, ainsi que les impacts de ces échanges sur l’environnement et ce, en étudiant différents contextes climatiques à la fois actuel (anthropocène) et passés (transitions climatiques clés du Quaternaire).

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont de :

Comprendre, à grande échelle, le fonctionnement du système climatique actuel (bilan radiatif terrestre, circulation océanique, circulation atmosphérique, grands réservoirs, grands cycles biogéochimiques). Définir les différentes archives climatiques permettant de reconstituer une histoire paléoclimatique, les différentes méthodes de datations de ces archives ainsi que les forçages régissant les grandes variabilités glaciaires/interglaciaires qu’enregistre le Quaternaire. Décrire les grands réservoirs du système climatique terrestre que sont l’atmosphère, l’hydrosphère et la cryosphère. Combiner les connaissances acquises pour chacun des réservoirs climatiques et proposer une synthèse des échanges opérant entre eux à l’actuel. Transposer la synthèse actuelle proposée à certaines transitions climatiques clés du Quaternaire telles que le dernier maximum glaciaire, l’optimum climatique Holocène ou encore l’anthropocène) à partir d’un travail bibliographique et en restituer les similitudes et différences.

L'UE associe CM et TP mais aussi du travail personnel pour comprendre les changements climatiques.

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre. Les étudiants devront notamment mobiliser les apprentissages acquis en sédimentologie, magmatisme et métamorphisme, géodynamique et géochimie.

Objectif
Cette U.E a pour but de confronter les étudiants à une démarche transversale, faisant appel à différentes disciplines des Sciences de la Terre (géochimie, géophysique, géologie structurale, géologie historique, pétrologie magmatique et métamorphique).

L’approche pédagogique se fera par un travail personnel hors cours d’une part et par un travail en présentiel (cours et TP/TD) d’autre part.

Programme :
L’histoire de la Terre sera vue depuis son stade primitif jusqu’à son évolution actuelle, à toutes les échelles (de l’échelle du globe à celle de la France).

Les objectifs d’apprentissage de cette UE sont :

Associer aux grandes coupures de l’échelle des temps géologiques, les grands processus qui ont façonné la planète Terre. Pour le Précambrien,  de connaître les principales roches caractéristiques de cette période pour comprendre l’évolution de l’atmosphère et de l’océan ainsi que l’apparition des premières formes de vie et leur développement. Pour le Paléozoïque, d’analyser la disposition et le déplacement des principaux blocs continentaux engagés dans les cycles orogéniques calédoniens et varisques. A partir d’exemples en France et en Europe principalement, les étudiants reconnaîtront les marqueurs pétrographiques et géodynamiques définissant ces différents ensembles structuraux et pourront les intégrer dans l’évolution géodynamique globale. L’évolution et la diversification de la faune et de la flore sera détaillée au regard des grandes crises du vivant . Pour le Mésozoïque et le Cénozoïque, de comprendre l’ouverture et la fermeture des grands domaines océaniques (Atlantique, Téthysiens) dans le contexte du cycle Alpin. L'objectif est de faire le lien avec le stage de terrain dans les Alpes. Intégrer pour chaque période les conditions paléoclimatiques et paléoenvironnementales, et leurs impacts sur la biosphère. Identifier les grandes coupures de l’échelle des temps géologiques d’un point de vue lithologique, tectonique, environnemental, climatique et paléontologique. Lister les idées autour du concept de la tectonique des plaques, depuis les premières observations dans l’antiquité jusqu’aux développements modernes de la fin du 20ème siècle.

Lors des travaux dirigés et des travaux pratiques, les étudiants analyseront des documents cartographiques (reconstitutions paléogéographiques à différentes échelles, cartes géologiques actuelles) afin de replacer les grands ensembles structuraux dans leur contexte géodynamique global et d’organiser les événements dans l’espace et dans le temps.
La compilation et l’analyse de nombreuses données indépendantes permettra de comprendre et d’intégrer les différentes approches et disciplines des sciences de la Terre dans un modèle global unifié. L’analyse de l’évolution de la Terre lui permettra de déterminer les grands mécanismes à l’origine des transformations.

Les compétences seront évaluées au cours des séances de travaux dirigées et de travaux pratiques et lors de l’examen final. Lors de la deuxième session, les notes de TD/TP seront conservées et un examen final sera réalisé.

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre.

Les étudiants devront avoir des notions de minéralogie, pétrologie et chimie, de niveau L2 sciences de la Terre ou équivalent.

La zone critique, qui concentre la majorité des interactions physiques, chimiques et biologiques sur Terre, est un système sous contrainte que ce soit par la complexité des processus s’y produisant, par sa limite finie ou par les perturbations récentes liées aux activités humaines. Ce système est de plus le régulateur principal du climat à échelle de temps longue du fait du piégeage de CO2 par l’altération des silicates. A une échelle temporelle plus courte et à une échelle spatiale restreinte, le climat, l’usage des sols ou l’activité humaine vont aussi contrôler l’évolution des principaux compartiments de la zone critique que sont les sols, les rivières ou le couvert végétal. Ces différents compartiments sont généralement observés et décrits individuellement ne permettant pas de mettre en lumière les relations physico-chimiques les unissant. Pourtant, l’interprétation des paysages et de l’influence des aléas climatiques sur leur façonnement nécessite une compréhension fine des processus physiques, chimiques et biologiques. En effet, ils sont responsables de l’altération des roches et de la genèse des formations superficielles parmi lesquelles les sols, qui s’accompagne de l’export des éléments les plus solubles vers la rivière ou les végétaux qui les utiliseront comme nutriments. Ce module a donc pour objectif la découverte du fonctionnement géochimique des formations superficielles, issues de l’altération chimique des roches, en incluant les sols. Ces formations, situées à la surface de la Terre, recouvrent le substratum géologique rarement affleurant, mais sont généralement peu étudiées. Or, elles ont un certain nombre de fonctions environnementales et sociétales, comme la régulation du cycle du carbone, la qualité de l’eau, la production végétale, ...
Les questions clés qui seront abordées au cours de cette unité sont : 
- Quels paramètres contrôlent l’altération des roches ? Quelles sont les conséquences sur le cycle des éléments et notamment du carbone ? 
- Quelles sont les réactions aboutissant à la formation d’un sol à partir d’une roche mère et ces réactions sont-elles pilotées par le climat, la géologie, la végétation ou l’hydrologie du milieu ?
- Peut-on mettre en évidence un lien entre la chimie des rivières, des sols et des roches de la région ? 
-Peut-on retracer le lien qui unit géologie-pédologie et biologie au travers de l’étude des végétaux supérieurs (arbre, arbuste, vigne) poussant sur ces sols ? La notion de « terroir » est-elle donc quantifiable ?

L’approche choisie se décompose en trois temps répartis sur un calendrier resserré de 3-4 semaines : 
- trois cours de 2h : acquisition des bases en science du sol et en géochimie élémentaire et isotopique, confrontation aux notions d’altération chimique et d’érosion physique, identification des caractéristiques propres à la zone d’étude, par exemple la région de Vézelay dans le Morvan. 
- deux journées de terrain : découverte de l’intrication de ces systèmes au travers d’observations, d’échantillonnage des principaux réservoirs (roche, sol, eau de rivière, sédiments de fond et végétaux), de préparations d’échantillons pour analyse et d’échange, par ex. avec des viticulteurs sur la notion de terroir viticole. 
-trois séances de TD dont le support pédagogique sera constitué par les résultats des mesures effectuées sur les échantillons collectés sur le terrain. Seront comparées l’altération chimique dans la partie cristalline et la partie sédimentaire du Morvan au cours des TD1 et TD2, à partir des données de roches, sols, sédiments en suspension et ions dissous. Le TD3 vise à mettre en évidence la continuité chimique existant depuis la roche vers le végétal à partir des concentrations et des mesures des isotopes radiogéniques du Sr. Ceci permettra notamment d’illustrer la notion de « terroir ».

Les objectifs d’apprentissage visés de cette UE sont :

De reconnaitre des formations superficielles issues de l’altération d’une roche De décrire les mécanismes géochimiques conduisant à la formation d’une formation superficielle issue de l’altération d’une roche De comprendre leur formation et leur évolution, dans l’espace et dans le temps De discuter de leur rôle environnemental et sociétal

Les étudiants devront avoir des notions de minéralogie, pétrologie et chimie, de niveau L2 sciences de la Terre ou équivalent.

M. Campy, J.J. Macaire, 2003. Géologie de la surface, Dunod
A. Jambon et A. Thomas, 2009. Géochimie - Géodynamique et cycles. Dunod
M.-C. Girard et al., 2005. Sols et environnement, Dunod
L. Sigg et al., 2014. Chimie des milieux aquatiques, 5ème édition. Dunod

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs / connaissances acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre (L1, L2 et premier semestre de L3). Les étudiants devront notamment mobiliser les apprentissages acquis dans les enseignements de pétrographie sédimentaire et magmatique, et géochimie.

Contenu :
Ce module donne une vue générale sur les énergies fossiles et renouvelables de la Terre et sur les matériaux géologiques économiquement importants pour l’activité humaine. C’est une unité qui apportera des connaissances fondamentales sur les principales ressources géologiques exploitées mais qui est également à caractère professionnalisant destinée à apporter des notions sur les métiers des mines et des carrières.

Programme :

Mines et carrières, notions de gisement, de ressource, de réserve. Introduction sur les hydrocarbures (pétrole, charbon, gaz naturel). Problème d’actualité : l’énergie nucléaire dans le contexte des énergies renouvelables (eau, vent, soleil, géothermie). Origine des concentrations métallifères (Fe, Pb, Zn, Au, Cu, U, Ni…) et des matériaux industriels (fluorine, barytine, phosphates, charges minérales, ...) dans leur contexte géologique et géographique. Les matériaux de construction et de voirie (calcaires, grès, granites, etc…) Méthodes d’exploitation de ces ressources et impact sur l’environnement. Travaux dirigés et pratiques : méthodes d’exploration, exploitation et gestion des ressources, pétrologie (macroscopie et microscopie : minerais et matériaux).

Les objectifs d’apprentissage de cette UE sont :

Comprendre que la notion de ressource est contrôlée à la fois par la géologie (quels sont les mécanismes qui aboutissent à la concentration d’une substance), la technologie (quelle sont les utilisations de cette ressource, comment évoluent-elles avec le temps) et l’économie (quelle est la valeur ajoutée et quelles sont les orientations du marché). Reconnaître pour les différents types de gisement les processus majeurs à l’origine de la concentration en analysant la part respective du rôle de la source, du transport, du dépôt et de la préservation. Comparer les grands types de gisement : gisements primaires (contextes magmatiques et précipitation en milieu sédimentaire essentiellement), gisements secondaires (métasomatisme, circulation de fluides enrichis dans différents contextes pétrographiques et géodynamiques), gisements supergènes et processus d’altération. Identifier la géologie des matériaux de base et les minéraux dits intelligents et analyser les contextes géologiques favorables à leur accumulation. Sensibiliser aux ressources en énergie qu’elles soient fossiles (pétrole, gaz, charbon) ou renouvelables (géothermie) ainsi qu’aux nouvelles applications de stockage dans les bassins sédimentaires.

Grâce aux travaux dirigés et des travaux pratiques, définir une séquence de cristallisation, de comprendre la place des éléments recherchés dans la séquence minérale et d’évaluer les mécanismes à l’origine de la formation d’un gisement.

Les connaissances et compétences seront évaluées au cours des séances de travaux dirigés et de travaux pratiques (0,4) et lors de l’examen terminal (0,6). Lors de la deuxième session, les notes de TD/TP seront conservées et un examen terminal (0,6) sera réalisé.

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs / connaissances acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre (L1, L2 et premier semestre de L3). Les étudiants devront  notamment mobiliser les apprentissages acquis dans les enseignements de pétrographie sédimentaire et magmatique, et géochimie.

Arndt & Ganino (2010) Ressources minérales, Dunod
Jébrak & Marcoux (2008) Géologie des ressources minérales, Ministère des ressources naturelles du Québec
Robb (2005) Ore forming processes, Blackwell

Ce module enseigne les outils de modélisations de base, nécessaires à la description des systèmes en géosciences (transfert de matière, de chaleur, de rayonnement, déformation, …)

1 Séance de cours classique, 1 séance de cours/TP sur ordinateur et 6 séances de TPs sur ordinateur

Suivre un cheminement de résolution séquentielle d’un problème mathématique appliqué aux géosciences. Acquérir les méthodes et le cheminement scientifique requis à la résolution d’un problème de géosciences qui utilise les outils de la modélisation mathématique.
Apprendre à utiliser un langage de programmation permettant de faire du calcul analytique (langage de calcul formel). Apprendre la syntaxe des dérivées, primitives, intégrales et autres calculs vectoriels. Résoudre des équations différentielles d’ordre 1 et 2 avec ce langage.
Traduire un problème mathématique en langage de calcul formel et mettre en place les outils numériques pour le résoudre.
Identifier les variables et paramètres clés dont dépendent la solution du problème mathématique.
Présenter oralement ses avancées, ses difficultés et ses solutions de manière synthétique afin de trouver des solutions ensemble.
Travailler en groupe en mode “projet": Acquérir les méthodes de travail afin de mener un projet de groupe à son terme.
Rédiger un rapport concis sur son travail, en suivant une structure d’article scientifique.

La note finale de l’UE sera attribuée sur le rapport écrit, les codes de résolution et une présentation orale.

https://www.sagemath.org/
https://www.sagemath.org/sagebook/french.html

Modules de physique et de Sciences de la Terre de Licence 1 & 2 permettant d’appréhender les concepts développés en géophysiques, en géochimie, en pédologie, en pétrologie et en ressources minérales. Maîtriser les principes de cartographie géologique et les concepts de changement d'échelles spatiales.

Il s'agit d'un stage multidisciplinaire couplant plusieurs approches (pétrographie, hydrologie, minéralogie, géophysique) afin d’avoir une vision intégrée sur des sites géologiques d’intérêts majeurs (économique ou écologique) : gisement de fluorine, site archéologique, réserve naturelle nationale, parc naturel régional, géosite. Le stage a lieu dans le Morvan.

Les grandes questions qui pourront être abordées :

• Comment une roche s’enrichit-t-elle en éléments chimiques et devient un gisement ?
• Quelle est l’influence du substrat sur la qualité des eaux ?
• Quels sont les facteurs contrôlant la géométrie des roches ?
• Quelles est l’influence du sol sur les vignes ?

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont de :

Reconnaître, décrire la géomorphologie des bassins versants, les sols, les roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires (minéralogie, structure, texture, …), les associations minérales dans un gisement de fluorine/baryte de type interface socle-couverture et l’état de fracturation et les relations structurales. Décrire les liens modelé-dynamique des cours d’eau, incision des vallées, formation des méandres. Décrire les caractéristiques pétrographiques des échantillons observés sur le terrain à travers un vocabulaire adéquat. Décrire, caractérisera et reconnaîtra les plutoniques du Morvan et les faciès sédimentaires de roches carbonatées du Jurassique du Bassin de Paris. L’étudiant retranscrira ses observations ou descriptions de roches sédimentaires sur un LOG (lithologie, faciès, figures sédimentaires). Reconnaître les différents minéraux constituant le gisement et établira une paragenèse. Effectuer une reconnaissance sur terrain des fractures sur formations sédimentaires et plutoniques. Observer et décrire plusieurs sols l’amenant à découvrir leur diversité, typologie et usage. Planifier et exécuter des mesures géophysiques (sismique, géoélectrique, radar géologique, magnétisme) sur des sols, des formations magmatiques et sédimentaires et sur un gisement de fluorine. Effectuer des mesures géophysiques (radar, sismique, résistivité, magnétisme) sur des sols/formations magmatiques, sédimentaires et d’un gisement de fluorine. Savoir exécuter un relevé GPS pour positionner des coordonnées d’échantillonnage/mesures et représenter ces relevés sur une carte, en vue d’une réalisation d’une base de données. Connaître et mettre en œuvre les principales mesures de prévention en matière d'hygiène et de sécurité dans des conditions de terrain. Savoir effectuer des mesures de débit en rivière et les relier à une surface de bassin versant caractérisée sur une carte. Savoir utiliser des sondes pH et conductivité et comprendre les origines de différences marquées selon les points de mesures. Savoir prélever de l’eau selon un protocole bien défini. Effectuer des mesures piézométriques. Traiter, analyser et interpréter les données géophysiques acquises en termes de propriétés physiques des différents types de roches et de sols. Analyser les sols et les faciès sédimentaires, métamorphiques et magmatiques en vue de les classifier. Analyser les différentes caractéristiques des sols et les différents composants des roches (minéraux, faune, flore, structures) en vue de les classifier. Interagir, travailler en équipe au sein d’un petit groupe, retranscrire de manière ordonnée et géoréférencé ses données, et présenter des observations/mesures de terrain. Les informations obtenues sur le terrain seront mises au propre et présentées en vue d’effectuer un projet à long terme sur des questions soulevées.

Le stage dure 7 jours transport compris.
Modalités de contrôle des connaissances : travail sur le terrain (participation, carnet de terrain), rendu de carte géologique, rapport de synthèse.

Modules de physique et de Sciences de la Terre de Licence 1, 2 et 3 permettant d’appréhender et intégrer différents concepts développés en géophysiques, en hydrologie et chimie des eaux, en pédologie, en pétrologie et en ressources minérales.

Avec les informations/prélèvements issus du stage de terrain multidisciplinaire en Géosciences , l’étudiant interprétera ses données d’observation et d’expérimentation en groupe pour répondre à des grandes questions telles que :

Comment une roche s’enrichit-t-elle en éléments chimiques et devient un gisement ? Quel est le lien entre le taux d’érosion/altération et les types de sol/substrat géologique des bassins versants ? Quelle est l’influence de la géologie du substrat sur la chimie/qualité des eaux ? Quels sont les facteurs contrôlant la géométrie des roches ? Quelle est l’influence de la qualité d’un sol sur des zones cultivables (graminées, vignes…) ? Quelle est l’origine du sel dans les eaux des Fontaines Salées ?

Afin d’y répondre, l’étudiant manipulera et maîtrisera les mécanismes fondamentaux de changement d’échelles spatiales (atomique à régionale) et temporelles et devra rédiger et présenter (écrit et oral) de façon scientifique son propos en resituant son travail dans l’état de l’art (bibliographie française et anglaise).

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

Quantifier l’altération en fonction des éléments chimiques mesurés dans les eaux. Interpréter la géométrie et la formation d’un gisement de type socle/couverture. Comprendre le lien entre la concentration en F/Ba dans les roches sédimentaires et l’altération des formations du socle. Analyser et interpréter les modalités de formation des roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires d’après les types de roches observés et les relations structurales entre différentes unités magmatiques/métamorphiques observées sur le terrain. L’étudiant pourra proposer un contexte géodynamique à l’origine des différentes roches en lien avec les connaissances acquises pendant les cours magistraux et les documents proposés sur le terrain. L’étudiant sera capable d’adopter une démarche méthodologique et scientifique nécessaire à la description pétrographique et à l’élaboration de classification de faciès et microfaciès permettant la construction d’un LOG sédimentaire. L’étudiant devra intégrer le changement d’échelle entre ses observations, parfois très ponctuelles, ou à l’échelle de l’affleurement (terrain et géophysique) et ses interprétations à l’échelle de la dizaine de kilomètres ou même à l’échelle du bassin. Interpréter les conditions de formation des sols. L’étudiant déduira les conditions de formation des sols en fonction de leurs caractéristiques, afin d’en déduire un environnement de formation (paysage 3D) incluant des informations sur les processus et les conditions climatiques (température, humidité/aridité). Il fera le lien avec les usages. Interpréter l’écoulement des eaux souterraines et la relation entre la nappe et la rivière à partir de données hydrologiques et géophysiques. Interpréter une zone d’occupation archéologique d’après les données géophysiques, pétrographiques et hydrologiques, les conditions de formation des fractures. L’étudiant déduira les conditions de formation des fractures en fonction de leurs caractéristiques, afin d’en déduire un processus de formation et de contrainte. Comprendre les processus et géométries sédimentaires. Retranscrire et synthétiser les informations obtenues sur le terrain de manière chronologique et proposer une synthèse géodynamique de l’objet global étudié. Travailler en équipe en répartissant le travail sur le terrain mais aussi en salle. Savoir élaborer une stratégie de travail sur le terrain pour la semaine, synthétiser les informations de terrain et interpréter en groupe en salle les données.

L’étudiant manipulera et maîtrisera les mécanismes fondamentaux de changement d’échelles spatiales (atomique à régionale) et temporelles et devra rédiger et présenter (écrit et oral) de façon scientifique son propos en resituant son travail dans l’état de l’art (bibliographie française et anglaise).

Comportement mécanique des solides
– Relations contraintes et déformations, tenseurs d’élasticité et de complaisance.
– Énergie élastique.
– Exemple de la flexion de la poutre.
Comportement des liquides
– Relation contrainte/écoulement dans un liquide.
– Forme des interfaces (tension de surface, mouillage et effets capillaire)
Entre liquide et solide
– Des matériaux à la fois liquides et solides, introduction à la viscoélasticité.
– Elastocapillarité : quand la tension de surface peut vaincre l’élasticité.
Au niveau microscopique
– les interactions moléculaires
– leur impact sur le module élastique et la tension de surface

La matière à l’état solide, des supraconducteurs aux super alliages, A. Guinier et R. Jullien, CNRS – Sciences appliquées.
– Physique de l’état solide, C. Kittel, Dunod.
– Propriétés et comportements des matériaux : du microscopique au macroscopique, A. Cornet, F. Hlawka, Technosup, Ellipses.
– Gouttes, bulles, perles et ondes, P-G de Gennes, F.Brochard-Wyart, D.Quéré – Collection Echelles, Belin.

Attendus de l'UE Langue-Anglais3 : Niveau B2 minimum dans les 5 compétences linguistiques.

ANGLAIS DE SPÉCIALITÉ. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais2 tout en introduisant un
travail sur la langue de spécialité (scientifique et/ou de l'entreprise) : on prolongera l'approche actionnelle dans les 5 compétences (compréhension orale et écrite, expression écrite, expression orale en continu et en interaction) à partir de thèmes choisis selon la filière (interaction à travers de documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication). La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours.

Le travail se fera par groupes de niveau.