LDD2 Géosciences, Chimie

Maîtriser les bases du calcul différentiel, orienté vers les applications à la physique ou à la chimie.

- Equations différentielles d’ordre 1 et 2. Equations à variables séparées, équations linéaires d'ordre 2 à coefficients constants. - Intégrales curvilignes, intégrales doubles. - Fonctions de plusieurs variables, gradient, hessien, lignes de niveau, points critiques - Formule de Green-Riemann.

Equations différentielles, par R. Bronson 515.35 BRO équ Les équations différentielles par J.B. Hiriart-Urruty 515.35 HIR équ. Intégrales curvilignes et de surface, M. Lofficial et D. Tanré 515.4 LOF int.

1. Déterminer le caractère irréversible ou non d’une transformation en calculant la création d’entropie 2. Faire le bilan des transferts d’énergie (travail et chaleur) lors d’une réaction chimique complexe pouvant faire intervenir des changements d’état 3. Faire le bilan de la variation d’entropie (associée au désordre) lors d’une réaction chimique complexe pouvant faire intervenir des changements d’état 4. Prédire le sens d’évolution d’un système 5. Construire le diagramme de phases d’un corps pur en utilisant les conditions d’équilibre entre phases 6. Construire et utiliser les diagrammes d’Ellingham pour prévoir la réactivité des métaux et leurs oxydes 7. Formuler la condition d’équilibre d’un système physico-chimique en termes de potentiel chimique (et retrouver la loi d’action de masse)

Cours/TD 1. Compléments sur le second principe de la thermodynamique 1.1. Prévision du caractère réversible / irréversible d’une transformation par le calcul de la création d’entropie 1.2. Calculs d’entropie de changement d’état 2. Autres réactions conventionnelles : réactions de création / dissociation de liaisons, réactions donnant accès à l’enthalpie réticulaire, réactions d’ionisation, réactions donnant accès à l’affinité électronique 2.1. Applications des deux principes 2.2. Calculs des grandeurs thermodynamiques associées notamment via des cycles de Hess complexes pouvant faire intervenir un ou plusieurs changements d’état 2.3. Notion de température de flamme 3. Enthalpie libre 3.1. Identité thermodynamique 3.2. Potentiels thermodynamiques, grandeurs molaires partielles, potentiel chimique 3.3. Critère énergétique d’évolution / d’équilibre, lois de variation de l’enthalpie libre avec la pression et avec la température 3.4. Expression du potentiel chimique dans les cas idéaux (gaz parfaits, liquide, soluté en solution infiniment diluée, solide) 3.5. Relation de Clausius-Clapeyron : équilibre entre phases d’un corps pur 4. Réactions chimiques : applications de l’enthalpie libre et équilibres chimiques 4.1. Applications de l’enthalpie libre aux réactions chimiques : condition nécessaire pour une réaction se fasse, prévision des réactions à température constante, diagrammes d’Ellingham, condition d’équilibre 4.2. Description des équilibres homogènes et hétérogènes à l’aide de la constante d’équilibre, prévision du sens d’évolution spontanée d’un mélange à l’aide du quotient de réaction 4.3. Déplacement d’équilibres : règle des phases, lois de déplacement des équilibres

TP Détermination de chaleurs de réactions Etudes de grandeurs standard de réactions

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST 2. UE Thermodynamique physique du L1 S2 PCST 3. UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST 4. Partie sur l’énergie de l’UE Mécanique 1 du L1 S1 PCST

1. UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST 2. UE Thermodynamique physique du L1 S2 PCST 3. UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST 4. Partie sur l’énergie de l’UE Mécanique 1 du L1 S1 PCST

1. Thermodynamique et équilibres chimiques par Alain Gruger aux éditions Dunod 2. Thermodynamique dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jean-Louis Queyrel aux éditions Bréal 3. Thermodynamique et cinétique chimiques, équilibres chimiques en solution aqueuse dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jacques Mesplède aux éditions Bréal 4. Thermodynamique par Hubert Lumbroso aux éditions Ediscience International

Cours, TD et TP en présentiel. Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Exercices complémentaires proposés sous diverses formes (polycopiés, WIMS et/ou e-campus). Partiel et examen.

- Savoir effectuer des calculs simples pour quantifier le phénomène ondulatoire lors d’applications courantes (phénomènes naturels : tsunami, écholocation animale ; instruments de mesure : échographie médicale, sonar ; sons : isolation acoustique, instruments de musique ; etc.) - Maitriser le concept d’énergie appliqué aux ondes (énergie par unité de longueur/volume, transport d’énergie, réflexion et transmission aux interfaces). - Comprendre le lien entre perturbations locales du milieu de propagation et propriétés macroscopiques des ondes.

I - Introduction (exemples, expériences, définitions, grandeurs). II - Représentations mathématiques et graphiques des ondes. III - Ondes sur une corde tendue. IV - Les ondes sonores. V – Les ondes stationnaires. VI – Réflexion et transmission des ondes. VII – L’effet Doppler.

3 TP : Ondes progressives ultrasonores, ondes stationnaires sur une corde vibrante, phénomènes ondulatoires sur l’eau.

• Savoir décrire un complexe d’un métal de transition (savoir le représenter, le nommer et effectuer le décompte électronique des orbitales de valence)
• Savoir représenter les orbitales d et trouver leur levée de dégénérescence dans différentes géométries dans le cadre du modèle de champ cristallin
• Savoir interpréter le champ de ligand en fonction de la nature du métal et du ligand
• Savoir exploiter la configuration électronique pour comprendre des données spectroscopiques simples ( absorption UV-visible , moment magnétique)

• Définition d’un complexe et nature de l’interaction métal-ligand
• Le métal de transition : situation dans le tableau périodique, potentiel d’ionisation, description des orbitales d, énergie des orbitales de valence, configuration électronique
• Description des ligands : denticité, hapticité,…
• Description des complexes : Géométrie, décompte électronique, nomenclature, équilibre de complexation (constante de formation, effet chélate)
• Structure électronique des complexes dans le cadre du modèle de champ cristallin (symétrie octaédrique, tétraèdrique, plan carré, effet Jahn-Teller, champ fort - champ faible, série spectrochimique)

Bases en chimie générale et chimie organique de L1 :

• De l’atome à la matière
• Transformation et propriétés de la matière

OA 1 : Décrire les aspects thermodynamiques et cinétiques des réactions organiques (diagramme énergétique, état de transition et intermédiaire réactionnel).

OA 2 : Maîtriser les mécanismes simples des réactions utiles en chimie organique.

OA 3 : Acquérir les notions de réactivité des fonctions principales de la chimie organique permettant la préparation de molécules et polymères organiques.

1- Généralités sur les mécanismes réactionnels Liaison chimique Diagramme énergétique d’une réaction Etat de transition et intermédiaire réactionnel Cinétique chimique

2- Réactions de substitution nucléophile Caractère nucléophile/électrophile d’une espèce chimique Notion de groupe partant Substitution nucléophile d’ordre 1 Substitution nucléophile d’ordre 2

3- Réactions de b -élimination Elimination d’ordre 1 Elimination d’ordre 2

4- Alcènes

Réactivité et conséquences stéréochimiques Réactions d’addition (polymérisation cationique) Réactions d’oxydation

5- Dérivés carbonylés, Description et réactivité de la fonction carbonyle Préparation des aldéhydes et cétones Réactions illustrant leur utilisation en synthèse organique

6- Dérivés carboxylés, Description et réactivité de la fonction carboxyle Préparation des acides carboxyliques, esters et amides Réactions illustrant leur utilisation en synthèse organique (polyesters et polyamides)

Chimie de la L1 parcours PCST ou BCST, chimie de la L1 santé.

Chimie de la L1 parcours PCST ou BCST, chimie de la L1 santé.

Maxi Fiches de chimie organique, E. Chelain, N. Lubin-Germain, J. Uziel ; éditions Dunod Chimie organique, les grands principes, J. McMurry ; éditions Dunod Chimie organique. Généralités, études des grandes fonctions et méthodes spectroscopiques; N. Rabasso ; éditions de Boeck.

Enseignements avec cours magistraux et travaux dirigés. Mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques, documents de cours et TD, annales de partiels et d’examens.

• représenter les OA s,p,d (taille, direction, surfaces…) • identifier les propriétés de symétrie des OA/OM • appliquer un modèle simple (type Slater) pour déterminer les énergies des OA d’un atome polyélectronique • établir le diagramme d'OM de molécules simples • analyser un diagramme d'OM « quelconque », identifier les OM ? et ? • faire le lien entre un diagramme d'OM et une structure de Lewis • déduire des propriétés physico-chimiques à partir d'un diagramme d'OM : polarité, caractère acide/base de Lewis, spectroscopie et états électroniques • prédire la réactivité électrophile/nucléophile par l’observation de la HO et de la BV

I. Structure électronique des atomes 1. Notions de chimie quantique : approximation de Born-Oppenheimer, équation de Schrödinger et fonctions d'onde électroniques, densité de probabilité, surfaces nodales 2. Orbitales atomiques : atomes hydrogénoïdes et polyélectroniques II. Structure électronique des molécules 1. Construction d'orbitales moléculaires méthode CLOA, application aux diatomiques homo- et hétéro-nucléaires, interactions à 2 et 3 OA, lien avec la théorie de Lewis 2. Méthode des fragments construction du diagramme d'OM de petites molécules, comparaison de géométrie, règle de la HO, séparation des systèmes ? et ?, nucléophilie et électrophilie 3. spectroscopies et dissociations de petites molécules

Connaissances attendues :

• Connaitre la structure du noyau,
• savoir écrire une configuration électronique,
• connaitre les règles de remplissages des OA,
• connaitre les structures de Lewis,

savoir faire un diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes et placer des niveaux d’énergie

Avoir suivi les unités d’enseignements du L1 PCST ou du L1 BCST est conseillé. Connaissances attendues :

• Connaitre la structure du noyau,
• savoir écrire une configuration électronique,
• connaitre les règles de remplissages des OA,
• connaitre les structures de Lewis,

savoir faire un diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes et placer des niveaux d’énergie

Des outils mathématiques seront utiles : coordonnées cartésiennes et sphériques, dérivées partielles, intégrales de fonctions de plusieurs variables, notions d'opérations de symétrie simples (par rapport à un plan surtout), géométrie

• Structure électronique des molécules (tomes 1 et 2), Y. Jean et F. Volatron (Dunod) • Les cours de Paul Arnaud - Chimie Générale (7ème édition du cours de Chimie Physique), P. Arnaud, F. Rouquérol, G. Chambaud, R. Lissillour, A. Boucekkine, R. Bouchet, F. Boulc'h, V. Hornebecq (Dunod) • Chimie physique, P-W Atkins et Julio de Paula (de Boeck) • Traité de Chimie Organique, P. Vollhardt et N. Schore (de Boeck)

Les cours seront magistraux, les travaux dirigés (TD) ainsi que les travaux pratiques (TP) auront lieu en petits groupes. Les TP se dérouleront en salle informatique. Un accompagnement sous forme de petits exercices ou de QCM en ligne sera proposé avant chaque TD et en début de chaque cours pour mettre l’accent sur des points précis. Un TP en autonomie sera proposé pour la visualisation des OA. L’UE sera évaluée grâce à un compte-rendu de TP, un partiel et un examen.

1. Ecrire des vitesses de réaction 2. Décrire l’évolution temporelle d’un système en réaction chimique dans le cadre d’une réaction d’ordre 0, 1 ou 2 3. Déterminer les caractéristiques cinétiques (ordre et constante de vitesse de réactions) à partir de données expérimentales temporelles 4. Appliquer la loi d’Arrhénius pour déterminer l’énergie d’activation d’une réaction à partir de données expérimentales 5. Schématiser le profil énergétique d’un acte élémentaire 6. Ecrire les lois de vitesse dans le cas de mécanismes réactionnels simples 7. Ecrire les lois de vitesse dans le cas de mécanismes complexes 8. Manipuler les lois de vitesse pour déterminer l’évolution des quantités de matière 9. Valider ou invalider une loi de vitesse pour un mécanisme complexe à partir de données expérimentales 10. Identifier le type de catalyse homogène, enzymatique ou hétérogène 11. Etablir la loi d’évolution des quantités de matière dans le cas d’une cinétique enzymatique de Michaelis-Menten et en manipulant les isothermes de Langmuir pour les catalyses hétérogènes

Cours/TD 1. Cinétique formelle 1.1. Définition d’une vitesse de réaction, loi de vitesse et facteurs déterminants 1.2. Réactions simples, d’ordres entiers positifs (0, 1, 2 et pseudo-premier ordre) 1.3. Réactions élémentaires 1.4. Détermination des lois d’évolution de la concentration par résolution des équations différentielles de la cinétique 1.5. Représentation graphique de ces lois d’évolution 1.6. Temps de demi-réaction 1.7. Effet de la température : loi d’Arrhénius 1.8. Réactions réversibles (lien entre la thermodynamique et la cinétique), successives et parallèles (jumelles et compétitives) 2. Mécanismes et catalyse 2.1. Mécanismes réactionnels 2.2. Réactions en chaîne : définition des différentes étapes, réactions en chaînes droite et ramifiée 2.3. Catalyses homogène, enzymatique et hétérogène

TP Cinétique et énergie d’activation de la décoloration du bleu de bromophénol

1. Partie sur l’acquisition des connaissances de base nécessaires à l’étude des réactions chimiques en solution de l’UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST 2. Partie sur les équations différentielles de l’UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST

1. Partie sur l’acquisition des connaissances de base nécessaires à l’étude des réactions chimiques en solution de l’UE Transformations de la matière du L1 S2 PCST 2. Partie sur les équations différentielles de l’UE Mathématiques pour PCST du L1 S1 PCST

1. Cinétique chimique par Claude Moreau et Jean-Paul Payen dans la collection Belin Sup Sciences, 1988. 2. Cours de Chimie-Physique par Paul Arnaud aux éditions Dunod. 3. Chimie : exercices et problèmes corrigés, 2ème année PC-PC* par Bruno Fosse, Jean-Bernard Baudin et Frédéric Lahitète aux éditions Dunod, 2006. 4. Cinétique enzymatique par Athel Cornish-Bowden, Marc Jamin et Valdur Saks aux éditions EDP Sciences, 2005.

Cours, TD et TP en présentiel. Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Utilisation de ressources pédagogiques relevant de TICe (Technologies de l’Information et de la Communication pour l’enseignement) Partiel et examen.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

• Analyser et décrire selon des critères et un vocabulaire spécifique les différents minéraux avec pour finalité leur identification.
• Déterminer les divers éléments de symétrie des minéraux en fonction de leur système cristallin.
• Analyser et exploiter des données analytiques obtenues par différents outils pour comprendre l’organisation cristalline et identifier les minéraux et leurs propriétés.
• Analyser et exploiter des données scientifiques pour comprendre l’importance de la minéralogie.

• Il s’agira pour l’étudiant de se confronter à la complexité de l’organisation structurale des minéraux à diverses échelles, du macroscopique au microscopique. L’étudiant sera amené à examiner, décrire et analyser des échantillons macroscopiques mais aussi au microscope polarisant.
• Il développera un esprit critique et de synthèse et sera solliciter pour argumenter aussi souvent que possible ses déterminations.
• Il manipulera des données grâce à des outils mathématiques simples et des concepts de géochimie pour retrouver les caractéristiques cristallographiques ou cristallochimiques de certains minéraux.
• L’étudiant appréhendera la réactivité minérale en fonction des propriétés cristallographiques en se basant sur des données de la littérature scientifique.

Programme :

• Les principes de base en cristallographie : maille, systèmes cristallins, réseau de Bravais, règles de Pauling, de substitutions, symétrie d’orientation et leur représentation.
• Classification minéralogique : les silicates et non silicates.
• Quelques minéraux d'exception : gemmologie et minéraux de synthèse.
• Introduction à la minéralogie environnementale

Avoir suivi des UE de Géologie en 1ère année de l’Université.

• J.-M. Montel, F. Martin 2014. Minéralogie - Cours et exercices corrigés. Dunod 2014 - 224 p. EAN13 : 9782100600120.
• A. Provost, C. Langlois. 2011. Mini manuel de géologie - Roches et Géochimie - Cours et exercices corrigés. Dunod, 244 p., EAN13 : 9782100566518.

Le but de cette UE est de permettre aux étudiants d’appréhender la diversité minéralogique des matériaux terrestres. L’UE abordera dans un premier temps toutes les notions fondamentales permettant de comprendre les propriétés et les caractéristiques des minéraux ainsi que la diversité minérale et sa classification. La visualisation et la compréhension de la structure minérale se feront grâce à l’utilisation de logiciels ad hoc (Crystal maker, Vesta…) mais aussi via la manipulation des concepts cristallographiques à l’aide d’outils mathématiques et physiques simples proposée pour le dépouillement de données analytiques par exemple. Des travaux scientifiques seront étudiés permettant à l’étudiant de comprendre les diverses problématiques actuelles liées à la minéralogie et de mobiliser ses capacités de synthèse et de présentation. Les sessions pratiques permettront à l’étudiant de confronter son savoir théorique à la pratique grâce à l’observation et la description macroscopique et microscopique des caractéristiques des principaux minéraux de la croûte terrestre.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

• A l’issue de cette UE, l’étudiant sera capable d’expliquer où et comment sont nés les éléments chimiques.
• Il comprendra et saura formuler l’évolution de la taille et de la charge des éléments chimiques dans le tableau de Mendeleïev
• Il saura expliquer comment les éléments chimiques se comportent dans les phénomènes géologiques comme la fusion d’un solide, la cristallisation d’un magma, l’attaque des roches par l’eau, l’évaporation de l’eau, etc.
• L’étudiant sera à même de calculer un équilibre chimique à partir des données des tables et de prédire et quantifier le sens de déplacement spontané d’un équilibre chimique en réponse à une contrainte extérieure : changement de température, de pression, ajout ou disparition d’une espèce chimique, etc.

Objectifs : Cette UE a pour objectif la compréhension et l’utilisation de la chimie générale appliquée aux Géosciences. Par la suite, l’évolution de la Terre au cours du temps sera expliquée par le comportement des éléments chimiques.

Contenu : La formation des éléments chimiques lors de la nucléosynthèse sera expliquée permettant de connaître la composition chimique initiale de la terre au moment de sa formation. On décrira le tableau périodique de Mendeleïev en montrant que sa structure est intimement liée à la structure électronique des éléments chimiques, pour mettre en lumière les variations systématiques, dans le tableau, de certaines propriétés intéressantes en chimie et en géosciences : taille des atomes, charge des atomes, électronégativité, stabilisation dans les structures minérales. La classification de Mendeleïev sera aussi utilisée pour montrer les ressemblances entre atomes du point de vue de leur comportement. A partir de la composition chimique initiale et de ces propriétés on pourra décrire et comprendre le comportement des éléments dans la nature. Seront abordées les notions d’éléments majeurs et traces, de comportement compatible et incompatible (magmaphile) dans les contextes magmatiques, de comportement soluble ou insoluble dans l’eau, et une classification des éléments chimiques en fonction de leur comportement dans les roches, les eaux et la terre au sens large. On présentera également les grands chapitres de la chimie générale dans la modélisation des réactions chimiques : chaleur de réaction, loi d’action de masse, saturation et solubilité, potentiel d’oxydo-réduction, pH de l’eau. On insistera ici sur le déplacement des équilibres chimiques.

Plan du cours :

• Genèse des éléments chimiques :

  Dans l’Univers et Dans les étoiles.

• Comportement des éléments chimiques dans la Terre et leur répartition dans différents réservoirs au cours de l’histoire de la Terre en fonction d’un certain nombre de leurs propriétés chimiques. L’évolution de ces propriétés dans le tableau de Mendeleïev sera décrite et expliquée.

  Taille des atomes, Charge des atomes, Électronégativité, Comportement métallique, oxydant et réducteur, semi-conducteur Stabilisation dans les minéraux, Comportement lors de la fusion du solide silicaté, Comportement dans l’eau, etc

• Principaux concepts de description des réactions chimiques et des équilibres chimiques :

  Avancement d’une réaction chimique Chaleur de réaction, réaction endothermique et exothermique, Énergie chimique et loi d’action de masse Déplacement des équilibres chimiques sous contrainte extérieure Solubilité, saturation, sursaturation, sous-saturation, Ks, loi de Henry Oxydant, réducteur, oxydation, réduction, potentiel d’oxydo-réduction Acides et bases, pH, Ka, réserve alcaline, pH des eaux naturelles

Concepts du collège et du lycée en géologie: roches, minéraux, structure du globe, tectonique des plaques Concepts du collège et du lycée en chimie : quantité de matière (mole), masse, volume, concentration, constante d’équilibre chimique, constante d’acidité, quotient de réaction. Calcul avec des log et des puissances de 10.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

• Observer les différentes ondes dans un sismogramme et la propagation des rais sismiques à travers la Terre
• Analyser une carte de mécanismes au foyer ; savoir analyser une carte d'anomalies de Bouguer.
• Interpréter les temps d'arrivée d'ondes sismiques ; interpréter la distribution des contraintes à partir de mécanismes au foyer.

Contenu : Le cours montre les principales méthodes d’étude géophysique de l’intérieur profond de la Terre (Sismique, gravimétrie, géomagnétisme et géothermie) et apporte aux étudiants les bases de la géodynamique. La dynamique interne de la Terre est traitée du point de vue des mouvements de convection et de la tectonique des plaques. On abordera la description mathématique et cinématique des mouvements ainsi que de l’analyse des forces principales et des répercussions morphologiques à grande échelle. Des outils importants pour la détermination des mouvements (paléomagnétisme) et de l’état des contraintes à l’intérieur de la Terre (sismotectonique) seront présentés

Propagation des ondes à l'intérieur du Globe et structure sismique de la Terre, séismes, mécanismes au foyer Gravité et magnétisme, distribution des densités dans la Terre

Avoir suivi des UE de Géologie en 1ère année de l’Université.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

• Analyse : Analyser le mouvement des plaques ; analyser les processus agissant à l'intérieur de la Terre et les contraintes provoquées.
• Interprétation : Interpréter les variations de topographie terrestre ; interpréter des images de tomographie sismique en termes de variation de température.

Le cours montre les principales méthodes d’étude géophysique de l’intérieur profond de la Terre (Sismique, gravimétrie, géomagnétisme et géothermie) et apporte aux étudiants les bases de la géodynamique. La dynamique interne de la Terre est traitée du point de vue des mouvements de convection et de la tectonique des plaques. On abordera la description mathématique et cinématique des mouvements ainsi que de l’analyse des forces principales et des répercussions morphologiques à grande échelle. Des outils importants pour la détermination des mouvements (paléomagnétisme) et de l’état des contraintes à l’intérieur de la Terre (sismotectonique) seront présentés

Distribution des températures dans la Terre, convection, cinétique du mouvement des plaques, forces contrôlant le mouvement des plaques.

Avoir suivi des UE de Géologie en 1ère année de l’Université.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

• Connaître, comprendre et restituer le comportement général des éléments majeurs et traces au cours des processus opérant en géosciences, en particulier les fractionnements élémentaires associés à ces processus (magmatisme, altération, érosion, interaction eau/roche, etc…)
• Comprendre, pour un élément ou un groupe d’éléments donnés, la notion de coefficient de partage et de distribution entre différentes entités (minéraux, roches, fluides) et ce qu’elle gouverne dans les processus géologiques.
• Comprendre et reconnaître la distribution des éléments majeurs et traces dans les différentes enveloppes terrestres internes/externes (manteau terrestre, croûtes, océan...).
• Examiner la composition géochimique en élément majeurs et traces d’un minéral, d’une roche, d’un fluide à partir de tableaux de données et représentations graphiques conventionnelles et en extraire l’information importante.
• Réaliser un bilan de masse et analyser/évaluer la relation entre minéralogie des roches et composition en éléments majeurs/traces.

La grande variété de composition chimique des roches et des fluides à la surface de la Terre reflète la distribution des éléments chimiques dans les différentes enveloppes terrestres et les processus géologiques qui en sont responsables. La géochimie élémentaire se sert de la composition en éléments majeurs, mineurs et traces des différents types de roches ou fluides que l’on peut échantillonner à la surface terrestre pour comprendre comment se sont formés ces roches/fluides à travers les temps géologiques. En particulier, les différents processus géologiques causent des fractionnements élémentaires importants dans les enveloppes profondes et superficielles (magmatisme, altération, érosion, interaction eau/roche, etc…) qu’il est important de connaître pour pouvoir décoder l’histoire des roches/fluides.

Le comportement des éléments au cours de la formation et de l’évolution des magmas sera expliqué avec pour but la compréhension de la formation des différentes enveloppes terrestres depuis la composition chimique initiale de la Terre. La composition élémentaire des enveloppes croûte continentale/océanique sera discutée à travers la composition minéralogique des roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques et celle du manteau supérieur terrestre à l’aide de la composition des péridotites et des roches magmatiques. Le comportement d’éléments légers comme l’O ou le C dans les enveloppes superficielles/profondes sera discuté et servira à illustrer les processus géologiques à grande échelle et donc le cycle de ces éléments sur Terre impliquant des transferts depuis des enveloppes profondes vers des enveloppes superficielles et inversement.

Cette unité d’enseignement utilise les savoirs / connaissances acquis au cours de la licence de Sciences de la Terre (L1S1, L1S2 et L2S3). L’étudiant devra notamment mobiliser les apprentissages acquis dans les enseignements dispensés en Chimie en Géosciences et Cristallographie et Minéralogie au S3 ainsi que Pétrologie magmatique et métamorphique au S4

L’objectif de cette UE est de permettre à l’étudiant d’observer sur le terrain de nombreux objets abordés en salle sous forme théorique.

Les Objectifs d’Apprentissage Visés de cette UE sont :

• L’étudiant démontrera sa capacité à se localiser dans l’espace et à reconnaitre les objets quel qu’ils soient (plis, failles, roches sédimentaires, terrasses alluviales…) et à les décrire en utilisant le vocabulaire scientifique dédié acquis pendant l’année.
• Il apprendra à analyser d’un point de vue géologique une région à toutes les échelles, et à extrapoler des observations ponctuelles (affleurement) à plus grande échelle (construction de la carte géologique) en s’aidant des nombreux outils disponibles (photos stéréographiques, tablette, réalité virtuelle, loupes et microscopes…).

Le stage de terrain dans les Corbières (Chaînon de Lagrasse) a pour objectif pédagogique l’initiation à la reconnaissance et à la description des objets géologiques sur le terrain. Le démarche de base à avoir sur le terrain est enseignée, un accent important est mis sur les aspects observations et descriptions de roches sédimentaires variées (calcaires, marnes, argiles, grès, conglomérats…) et de structures tectoniques (plis, failles). Sur le terrain, les étudiants apprennent à consigner leurs observations dans un carnet et sur une minute de terrain. L’usage de tablettes numériques permet également la prise de données. Les observations sont réalisées à toutes les échelles, depuis l’échelle régionale (lecture du paysage) jusqu’à la micro-échelle (observation des échantillons au microscope ou à la loupe), en passant par l’échelle de l’affleurement. Le soir, les étudiants reprennent leurs notes et complètent leur interprétation pour réaliser une carte géologique qui constitue la synthèse de leur travail. Ils s’appuient pour cela sur les photos aériennes disponibles, sur le logiciel Google Earth, et sur les outils de réalité virtuelle (Google Earth VR). L’ensemble des observations est restitué en fin de stage sous la forme d’un rapport contenant : (1) la description faciologique (lithologie, bioclastes, clastes, phase de liant…), l’épaisseur, l’âge, dessins des macro-échantillons, dessins de lames minces observées au microscope ainsi qu’une interprétation en terme d’environnements de dépôt de chaque formation géologique, (2) un schéma structural (3) des coupes géologiques (4) des dessins d’affleurements ou de paysages (5) une carte géologique et sa légende. Finalement, une histoire géologique est demandée, même si l’évaluation porte essentiellement sur la capacité à observer et décrire convenablement les objets géologiques.

Maîtrise des concepts et du vocabulaire de base en sédimentologie et en tectonique.

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.

Initiation à la tectonique à partir de l'étude géométrique des structures nées de la déformation des formations géologiques. Introduction de la notion de contrainte. Les structures élémentaires (plis, failles) : reconnaissance morphologique, mode de formation, organisation géométrique. L'évolution spatiale et temporelle des zones déformées (sur une base de données chrono-stratigraphiques avec discordance, cachetage, subsidence). Mise en relation étroite avec les cartes géologiques : apprentissage de la lecture des cartes et de l'interprétation contrôlée de l'organisation géométrique des formations géologiques.

Attendus de l'UE Langue-Anglais2 : Niveau B1 minimum dans les 5 compétences linguistiques

ANGLAIS GÉNÉRAL. Cette UE s'inscrit dans la continuité de l'UE Langue-Anglais1 : on prolongera notamment le travail sur la prononciation ainsi que 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 tels que Science et Technologie, Médias et Réseaux sociaux. L'interaction se fait à travers des documents écrits et/ou audiovisuels centrés sur une problématique et un scénario de communication et/ou dans la cadre d'un projet tout au long du semestre. La communication interculturelle pourra être abordée dans le cadre du cours. Le travail se fera par groupes de niveau.

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

• Comprendre l’évolution de la vision du système solaire au cours des siècles. L’étudiant sera confronté aux différentes visions historiques du système solaire et de la forme de la Terre. A partir de documents historiques, il comprendra comment les astronomes ont pu valider le système héliocentrique et la forme aplatie de la Terre.
• Comprendre le mouvement des astres et des planètes : A partir d’observations astronomiques que l’étudiant peut faire tous les jours (Mouvement du Soleil, Phases de la Lune, mouvement des planètes), l’étudiant sera capable de comprendre le mouvement des astres pouvant expliquer les observations.
• Reconnaitre une météorite parmi des roches terrestres et connaitre les grandes classes de météorites et d’impactites : L’étudiant observera et distinguera les grandes classes de météorites et d’impactites. Grâce aux observations, l’étudiant apprendra les critères d’identification des météorites et comprendra leurs origines et les transformations minéralogiques associées au métamorphisme d’impact.
• S’initier aux techniques instrumentales et méthodes d’analyses des surfaces planétaires : A partir d’exemples de missions spatiales actuelles, présentes et futures, l’étudiant sera capable de comprendre le fonctionnement de différents instruments embarqués et utile pour l’étude des surface planétaires (Imagerie, spectroscopie, gravimétrie,..) .
• Observer et analyser une image d’une surface planétaire : Après avoir appris les principales caractéristiques morphologiques des différents corps du système solaire, l’étudiant observera des images de Mars, de la Lune, de comètes, d’astéroïdes et de satellites glacés pour identifier les différents processus actifs sur les différents corps planétaires.

L’objectif de cette UE est de comprendre l’histoire du système solaire par une approche comparative des différents corps planétaires. Elle permet initier aux techniques instrumentales et aux méthodes d’analyses des surfaces planétaires.

- Formation et histoire du Système solaire (CM 2h) - Les météorites – Classification/Méthodes d’analyse/Observation (CM 1h/TP 2h) - Le mouvement des astres et des planètes (CM 1h/TD 2h) - Historique et instrumentation des missions spatiales du système solaire (CM 2h) - La Planète Mars: morphologie et interactions surface/climat. Initiation à la cartographie planétaire (CM/TD 3h) - Les cratères d’impact : morphologie, formation et minéralogie (CM 1h/TD 2h) - Petits corps (Comètes, astéroïdes), satellites et objets transneptuniens. Analyse des observations de météores (CM/TD 3h) - La Lune : histoire et formation. Observation de la surface au télescope et imagerie. Datation des surfaces lunaires (CM 1h/TP 3H) - Les planètes géantes (CM 2h)

• Niveau Baccalauréat Scientifique en SVT, Mathématique, Physique et Chimie
• Notions d’observation en géologie
• Notions de géométrie dans l’espace
• Notions de physique du mouvement et sur la lumière

Géologie des planètes et des satellites, Christophe Sotin, Olivier Grasset, Gabriel Tobie, Dunod, 2009.

Description: Cette UE de Physique Expérimentale a pour but de permettre aux étudiants de manipuler dans le cadre de TP de:

• mécanique du solide (pendule, 1 séance),
• ondes mécaniques (cuve à ondes ... 4 séances),
• électromagnétisme et ondes électromagnétiques (induction, effet Doppler, ondes centimétriques, 3 séances),
• thermodynamique (calorimétrie, étude du gaz parfait 2 séances).

La Physique est une science expérimentale; cette UE est donc essentielle pour permettre aux étudiants de mieux comprendre les notions abordées dans les autres UE. Un préjugé fréquent chez les étudiants qui entrent en L2, c'est que la physique est avant tout théorique (la lecture d'ouvrages de vulgarisation mettant l'accent sur les expériences de pensée des éminents fondateurs de la relativité et de la quantique est probablement à l'origine de cette erreur). Au contraire, l'aller-retour entre la théorisation et l'expérience est crucial. Les étudiants apprendront lors de ces TP à:

• faire des mesures,
• traiter des jeux de données,
• évaluer des incertitudes,
• confirmer / infirmer des prévisions théoriques,
• fitter des courbes, développer leur sens critique ...

Modalités:

• 40 h de TP ( 10 séances de 4h), 3.5 ECTS.
• examen de TP à la fin du semestre
• présence obligatoire aux TP
• 2 absences non justifiées rendent défaillants à l'UE et donc au Bloc de Connaissances et Compétences (BCC)
• les absences justifiées autorisent à rattraper la séance manquée avec un autre groupe (en cas de non-rattrapage, l'absence devient injusitfiée).

Description:

• Outils numériques pour la Physique.
• Apprendre à écrire des programmes simples utilisables en Physique.
• Apprentissage du langage Python, utilisation de la librairie NumPy.

Plan: S1. Python & Numpy S2. Graphiques & structuration d’un code S3. Fonctions à 2 variables : représentation graphique; calcul matriciel S4. Résolution d’équations (racines & solution d’un système linéaire) S5. Statistiques avancés (moindre carr., régr. lin. (± incertitudes), loi NL) S6. Intégrales avancés (rappel, Gauss-Legendre, Monte Carlo) S7. Traitement d’image (charger/manipuler, convolution, filtrage) S8. Résolution d’équation différentielle (euler, heun, runge-kutta, systèmes d’Edo, visus)

cf https://gitlab.u-psud.fr/MethNum/L2-Sujets

Modalités:

• 8 TP de 4h = 32 h
• contrôle continu / examen (à définir)

Maitriser les bonnes pratiques de laboratoire (manipulation, sécurité) et les techniques expérimentales (synthèse, purification). Interpréter des résultats, Rédiger un compte-rendu de TP en chimie. Utiliser des instruments analytiques pour caractériser les molécules (CCM, RMN, IR...)

Options de Chimie Expérimentale à l'interface entre la chimie organique, la chimie des solutions et la chimie inorganique. Elle propose de mettre en avant l'interdisciplinarité de la chimie par 3 séances de travaux pratiques de 8 heures. La première séance sera basée sur la synthèse de l'hélianthine et sur l'étude de ses propriétés physicochimiques comme indicateur coloré. Une deuxième séance permettra d'étudier les propriétés en solution du SDS (et de sa synthèse). Enfin un catalyseur organométallique de manganèse sera synthétisé et sera utilisé dans une réaction d'époxydation catalytique.

Tout livre de niveau premier cycle dans les rayons de la BU (Chimie Organique, Inorganique et des solutions)

6 séances de 4h de TP + 2h de formation online sur les bonnes pratiques de laboratoire