M2 Bassins sédimentaires pour la transition énergétique

Les intervenants seront des enseignants-chercheurs permanents (dont Alexandra Courtin-Nomade, Hermann Zeyen) et des intervenants extérieurs.

L'UE se déroulera par l’organisation de conférence de 3h sur divers sujets autour des enjeux sociétaux.

Ce module a pour objectif d’ouvrir les connaissances des étudiants autour des enjeux sociétaux tels que : le changement climatique, les énergies (ressources minérales et hydrocarbonées), les énergies renouvelables, la géothermie, le stockage (CO2, produits radioactifs), les problématiques des métaux rares et critiques liées à la révolution numérique (batteries, conducteurs), l’environnement. L’impact de ces enjeux sur la société sera aussi intégré.

M. Renard, Y. Lagabrielle, E. Martin, M. Rafélis Saint Sauveur, J.-C. Pomerol. Eléments de géologie. Dunod 2018 J.-F. Deconinck. Paléoclimats. L'Enregistrement des variations climatiques. Vuibert 2006 A. Foucault. Paléoclimatologie et paléoclimatologie. Dunod 2016 I. Cojan, M. Renard. Sédimentologie. Dunod 2013 J.-J. Biteau, F. Baudin. Géologie du Pétrole. Dunod 2017 N, Arndt, C. Ganino, S. Kesler. Ressources minérales. Nature, origine et exploitation - Cours et exercices corrigés. Dunod 2015 Baudin, Tribovillard, Trichet. Géologie de la matière organique. Vuibert 2007 J. Lemale. La

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

L’équipe pédagogique est constituée de chercheurs et enseignants-chercheurs spécialistes des outils géochimiques élémentaires et isotopiques appliqués aux enveloppes superficielles (atmosphère, océan, hydrosphère continentale, bassins sédimentaires, sols) provenant de différents laboratoires : GEOPS (Géosciences Paris Sud), IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire).

L’étudiant(e) saura décrire par les cours magistraux les enveloppes superficielles de la Terre et leur évolution, ainsi que les traceurs géochimiques caractérisant leurs interactions. Des mises en situation seront appliquées à différents domaines des géosciences (climatologie, étude de la zone critique, caractérisation des réservoirs, suivi d’un accident nucléaire, …). L’étudiant(e) développera un esprit critique par la manipulation de données lors des travaux dirigés, et par un travail personnel sur article scientifique traitant d’une thématique l’intéressant. L’objectif de l’UE est que les étudiant(e)s aient acquis les notions fondamentales de géochimie appliquée au traçage des échanges entre réservoirs, afin de pouvoir exploiter ce type de données quel que soit le cas. Une évaluation formative comprendra l’étude d’articles et la manipulation de données et une évaluation normative (examen final et devoir surveillé en travaux dirigés) donnera la note finale.

L’objectif de cette unité d’enseignement de 3 ECTS est l’acquisition des notions fondamentales de géochimie nécessaires au traçage des mécanismes et des échanges se produisant entre les différents réservoirs des enveloppes superficielles terrestres (Continent, océan, atmosphère). L’étudiant(e) déterminera les outils géochimiques adaptés à l’étude d’un mécanisme spécifique (transfert de matière entre compartiments, mise en place et évolution des enveloppes superficielles, vitesse des processus les affectant, minéralisations d’intérêt économique, évolution d’un environnement contaminé…) et analysera des jeux de données de systèmes géochimiques couramment utilisés en sciences de la Terre pour caractériser les enveloppes superficielles.

A l’issue de cette unité d’enseignement, les étudiant(e)s du Master 2 seront capables de :
•Appliquer les systèmes géochimiques étudiés à l’étude des enveloppes superficielles
•Calculer à partir de jeux de données différentes informations quantitatives (e.g., vitesse de processus géologiques, transfert de matière…)
•Choisir le système approprié pour répondre à une question
•Synthétiser des informations issues de différents jeux de données géochimiques pour décrire le fonctionnement des enveloppes superficielles.

Albarède F. (2001). - La géochimie. Gordon and Breach Science Publishers éd. Allègre Cl. J. (2005). - Géologie isotopique. Belin éd. Faure G. and T. M. Mensing (2004). - Isotopes: Principles and Applications. Wiley éd. Roy-Barman M. et C. Jeandel (2011). - Géochimie marine - Circulation océanique, cycle du carbone et changement climatique. Eds. Vuibert SGF.

Novembre - Décembre.

ORSAY

Introduction sur les concepts et méthodes d’acquisition et de traitement sismique Cours sur les concepts d’interprétation TD sur la manipulation de profils sismiques enregistrés en format SEGY TD sur la visualisation des données, pointé et interprétation sismique de profils 2D, l’édition de cartes sur le logiciel KingdomSuite. Enfin, les étudiants réalisent en autonomie rédaction d’un mémoire basé sur l’étude d’un cas concret (intégrant de la bibliographie).

L’objectif de l’UE est de former, avec un minimum de théorie et des travaux pratiques sur station de travail, à la manipulation et à l’interprétation des données de sismique réflexion utilisées dans la recherche académique et dans l’industrie.
Compétences acquises : identifier la nature et le potentiel d’un profil sismique en termes d’analyse structurale et stratigraphique ;
de manipuler les différents formats numériques et d’utiliser des stations de travail dédiées à l’interprétation sismique ;
d’interpréter les éléments de la géologie contenue dans les données sismiques et d’éditer des surfaces et des volumes avec le logiciel KingdomSuite.

Stratigraphie séquentielle Histoire, Principes et applications de Gilles Merzeraud, éditions Vuibert.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY - BURES-SUR-YVETTE

Jocelyn Barbarand (Université de Paris-Sud), Thomas Blaise (Université Paris Sud), intervenant IRSN, Yves Missenard (Université de Paris-Sud, Philippe Sarda (Université de Paris-Sud, Beate Orberger (Université Paris Sud), intervenant ANDRA.

Les différentes méthodes utilisées pour leur caractérisation seront introduites : pétrographie (microscopie optique, MEB, cathodoluminescence), géochimie élémentaire et isotopique (isotopes stables, isotopes radiogéniques, …), paléothermicité (inclusions fluides, thermochronologie basse température, évolution de la matière organique, …), géologie structurale et datation (U/Pb des carbonates, K/Ar sur illites, …). Les changements des conditions physico-chimiques seront abordés par la diagenèse expérimentale et la modélisation pour mettre en place un modèle prédictif des évolutions. Les cours et TP traiterons de: Diagenèse des roches carbonatées ; diagenèse des roches silicoclastiques ; Diagenèse et histoire thermique des bassins ; stockage géologique des déchets nucléaires ; piégeage des ressources minérales dans les bassins ; interactions fluide faille Diagenèse et analyse de bassin : exemple du Bassin de Paris.

Les sédiments connaissent à la suite de leur dépôt une évolution géologique complexe, la diagenèse, qui aboutira à leur transformation en roches sédimentaires. Cette évolution a des conséquences fortes sur les paramètres fondamentaux que sont la porosité et la perméabilité. Ces deux paramètres contrôlent les propriétés de transfert et de confinement des roches sédimentaires et définissent les propriétés de réservoir, de barrière et de piège attendues dans un grand nombre d’applications (exploration des hydrocarbures, stockage, géothermie, ressources minérales). Par ailleurs ces applications produisent des interactions fortes entre les roches sédimentaires et des matériaux (ciment, béton, acier, …) qui nécessitent d’être maitrisées pour garantir la pérennité des installations dans le temps.

Cette UE vise à présenter dans le cadre de l’évolution géodynamique des bassins sédimentaires les grandes étapes (compaction, dissolution, cimentation, recristallisation) de la diagenèse dans les roches carbonatées et détritiques, le rôle des phases fluides, les transferts de matière de fluide et de chaleur, les processus de modification des conditions physico-chimiques et les conditions de température et de pression. L’évolution de ces roches par des actions anthropiques sera également étudiée.

Burley et Worden (2003) Sandstone diagenesis, Blackwell Bassins sédimentaires: les marqueurs de leur histoire thermique. Collection Géosphères. Edition Edp Sciences.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Responsables : S. Sepulcre (GEOPS/U-PSay) et E. Pons-Branchu (LSCE/UVSQ) Equipe enseignante : T. Blaise, O. Dufaure, F. Haurine, S. Miska, J. Nouet, E. Pons-Branchu, S. Sepulcre et F. Thil.

Après un cours magistral sur les techniques d’analyses par spectrométrie de masse et l’utilisation de certains systèmes isotopiques en sciences de la terre et de l’environnement (ex. isotopie du strontium), les étudiants mettront en pratique l’analyse d’échantillons naturels. Ils auront en particulier à déterminer la nature et l’origine d’un échantillon naturel au travers des différents « ateliers » proposés sous forme de travaux pratiques en laboratoire et sur des instruments de recherche (analyse par diffraction des rayons X, analyse par microscopie électronique à Balayage, chimie séparative, analyse par spectrométrie de masse).

Cette unité d’enseignement de 3 ECTS est consacrée à la mise en pratique de plusieurs méthodes d’analyse pour les sciences de la terre et de l’environnement par l’étude de cas concrets : suivi d’échantillon au cours de différents travaux pratiques qui correspondent chacun à une étape de caractérisation en laboratoire.

A l’issue de cette unité d’enseignement, les étudiant(e)s du Master seront capables de :
•Mettre en place une série d’expérimentations afin de déterminer l’origine et l’évolution d’un échantillon naturel (roches et eaux)
•Evaluer la qualité des résultats (notion de standards, blanc d’analyse, répétabilité …) et valider des données
•Interpréter des données obtenues sur quelques cas d’étude concrets
•Rédiger un compte-rendu d’analyses.

Albarede F. (2001). - La géochimie. Gordon and Breach Science Publishers éd. Allègre C. J. (2005). - Géologie isotopique. Belin éd. Dickin A. P. (2000) Radiogenic isotope geology, Cambridge Ed. Faure G. (2005). - Principles of isotope geology. Wiley éd. Treuil M. & Hagemann R. (1998). - Introduction à la géochimie et ses applications, CEA / UPMC éd.

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY - GIF-SUR-YVETTE

Thomas Blaise.

Séances de TPs en binômes ou trinômes en salle informatique équipée de licences Petrel. Les étudiants ont accès à la salle en dehors des heures de TPs. Progressivité dans l'enseignement et dans l'autonomie sur le logiciel: - Import des données - Interprétation stratigraphique - Interprétation structurale - Modélisation 3D - Remplissage en propriétés.

Cette unité d’enseignement est dédiée à l’apprentissage des techniques de modélisation structurale 3D du sous-sol à l’aide du logiciel Petrel© développé par la société Schlumberger. Le pilotage et le suivi des opérations de stockage et d’extraction des ressources minérales et énergétiques nécessitent l’utilisation d’outils numériques. La construction d’un modèle géologique en 3 dimensions représentant le sous-sol dans toute sa complexité (architecture stratigraphique intégrant les discontinuités, plis, failles etc…) permet une meilleure gestion des incertitudes liées à chaque projet d’exploitation. La création d’un tel modèle implique l’interprétation des données issues de la sismique réflexion et des puits. Le modèle est ensuite maillé afin d’établir des scénarios de remplissages en propriétés discrètes (faciès) et continues (porosité et perméabilité) permettant des calculs volumiques et simulations d’écoulements et géomécaniques afin de suivre et tester la stabilité des réservoirs.
Ce module d’enseignement est proposé en ‘mode projet’, les étudiants devant faire appel à l’ensemble de leurs connaissances (incluant géophysique, stratigraphie, analyse structurale, diagraphies…) pour créer un modèle numérique représentant au mieux leur zone d’étude.

- Cabello P. et al., 2018. From conventional outcrop datasets and digital outcrop models to flow simulation in the Pont de Montanyana point-bar deposits (Ypresian, Southern Pyrenees). Marine and Petroleum Geology 94, 19-42. - Issautier B. et al., 2016. A.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

UE en lien avec étude de cas. Apprendre à rédiger des éléments d'un rapport : Abstract en anglais (moins 250 mots) Introduction en anglais (comprenant une bibliographie et le problématique, les questions posées)( moins de 500 mots) Oral en anglais.

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Avec l’ensemble de la documentation (bibliographie, données), l'étudiant devra rendre un rapport présentant les résultats de manière synthétique. L'étudiant présentera dans le module d'anglais à l'oral les résultats de son travail.

Cette UE permettra à l’étudiant de travailler sur des cas concrets en lien avec des grands enjeux et la faisabilité des différents scénarii des stratégies Énergie-Climat des pays ou des régions. Les solutions proposant une utilisation du sous-sol pour la transition énergétique seront particulièrement abordées : tels que les géoressources (métaux rares), géothermie, stockage d’énergie, de CO2, de déchets radioactifs dans les bassins, l’impact de la réduction du carbone sur les changements climatiques.
L’étudiant choisira parmi différents cas d’études, un sujet sur lequel il pourra travailler. Pour chaque sujet, l’étudiant aura accès à une bibliographie, et des jeux de données (cartes, modélisation, données géochimiques, géochronologiques, etc). L’ensemble des données seront intégrer de manière critique, permettant à de consolider les connaissances acquises avec les modules spécifiques du M2.
L'étudiant choisira un sujet en accord avec son projet professionnel. Finalement, cette UE permettra à l'étudiant de consolider ses connaissances sur un projet choisi et d'apprendre à synthétiser de manière critique des données. L'étudiant gagnera aussi en autonomie.

Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

L'équipe encadrante sera composé par deux ou trois intervenants de GEOPS.

Le stage de terrain permettra d'observer des coupes géologiques bien exposés permettent une analyse de terrain combinée.

Ce stage de terrain propose l’étude d’objets et processus sédimentaires, tectoniques, géodynamiques et climatiques dans le but de comprendre la mise en place de ressources minérales et/ou énergétiques.
Ce stage a deux objectifs :
-L’observation et analyse sur le terrain d’objets géologiques qui seront traités comme sujets thématiques et approfondis dans plusieurs UE du Master (i.e. architecture de bassins et réservoirs, stratigraphie séquentielle, structures sédimentaires et tectoniques contrôlant la localisation des ressources minérales et énergétiques, etc…)
-L’acquisition des données de terrain pouvant servir en TP des UE proposées dans le Master : étude des cas, Modélisation géologique 3D, Dynamique et architecture des bassins sédimentaires.

Au travers des thématiques journalières, l’étudiant pourra acquérir des compétences et approfondir ses connaissances de :
-L’architecture et évolution tectono-sédimentaire des bassins d’avant-chaîne et en extension (Bassin de l’Ebre, Bassins extensifs du Languedoc…)
-Les contrôles sédimentaires et tectoniques (voir climatiques) des ressources minérales et énergétiques (comme l’U, Zn, Ba, Fl, Al, Fe…)
-La caractérisation de réservoirs : contrôles sédimentaires et diagénétiques, contrôles tectoniques, contrôles épigénétiques (karstification)…
-Les méthodes d’analyse de terrain d’objets géologiques et la collecte de données (échantillons, etc…)
-Histoire thermique.

Octobre - Novembre.

Marielle Saunois (UVSQ, Nathalie de Noblet (UVSQ), Christophe Colin (UPS), Bruno Lansard (USVQ), Eric Douville (LSCE), Elisabeth Michel (LSCE), Franck Bassinot (LSCE), Didier Paillard (LSCE), Stéphanie Duchamp-Alphonse (UPS).

1. Introduction générale sur le Cycle du Carbone et les effets de l'activité anthropique (Marielle Saunois, Nathalie de Noblet) ? – 6h 2. La pompe biologique de carbone (pompes des tissus mous et contre-pompe des carbonates), relations avec la pompe physique et leurs impacts sur les variations de pCO2 atmosphérique actuels et passés (Stéphanie Duchamp-Alphonse) – 3h 3. Cycle du Carbone sur les longues échelles de temps (Christophe Collin) – 3h 4. Flux de carbone sur les marges continentales (Bruno Lansard) – 3h 5. Acidification et paléo-pH de l’océan : isotopie du bore et applications (Éric Douville) – 3h 6. Cycles océaniques passés : approches isotopiques (Élisabeth Michel) – 3h 7. Les carbonates : océan profond et sédiments (Franck Bassinot) – 3h 8. Cours TD Climat et carbone (Didier Paillard) – 3h.

Cette UE a pour objectif de fournir aux étudiants des connaissances solides sur le cycle du carbone passé, présent et futur. L'étudiant intégrera les différents termes et processus impliqués dans le cycle du carbone, et saura identifier les principales sources et les principaux puits de carbone actuels et passés. Il saura distinguer les perturbations naturelles des perturbations anthropiques et saura plus généralement discuter de l'action de l'Homme sur le cycle global du carbone. L'étudiant aura plus particulièrement tous les éléments pour discuter des interactions existantes au sein du système océan-atmosphère, et ceci à toues les échelles spatio-temporelles.

Le climat à découvert : Outils et méthodes en recherche climatique, R. Mosseri et C. Jeandel, 2011, CNRS Edition, ISBN : 978-2-271-07198-9, 288 pages.

Géochimie marine - Circulation océanique, cycle du carbone et changement climatique, M. Roy-Barman et C. Jeandel, 2011, Vuibert, ISBN-10:2311003542, 361 pages.

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Emmanuel Mouche (CEA).

Cette UE est partagée entre cours et TD sur ordinateur. L’examen final comporte une épreuve sur les connaissances (50% de la note) et un projet à faire chez soi. Le projet, un par étudiant, consiste à résoudre sur ordinateur un problème physique concret choisi dans une liste donnée dans l’UE et à rédiger un rapport (50% de la note). Le contenu de l’UE est le suivant -Ecoulement de Darcy en permanent. Lien avec le transfert de chaleur et le processus de diffusion. Discrétisation en différences finies. Cas des milieux hétérogènes et perméabilité effective. -Ecoulement de Darcy en transitoire. Discrétisations en temps implicite et explicite. Stabilité des schémas de discrétisation et erreurs associées. Solutions analytiques. -Transport d’un soluté par diffusion et convection. Discrétisation spatiale et temporelle. Nombres adimensionnés et régimes de transport. Solutions analytiques. -Couplages. Résolution numérique par méthode itérative. Cas du transport d’un soluté avec adsorption non linéaire.

Cette UE a pour finalité de s’initier à la modélisation physique et à la simulation numérique des transferts d’eau, de température et d’espèces chimiques dans la géosphère, de la surface (bassin versant) au réservoir géologique profond. On aborde successivement : i) la signification physique des équations décrivant les transferts, ii) leur discrétisation en espace et en temps pour leur résolution numérique, et iii) le codage sur ordinateur d’exemples simples unidimensionnels à l’aide du logiciel R. Une attention particulière sera portée au traitement numérique des hétérogénéités géologiques (milieux stratifiés, fracturés). On abordera aussi le couplage entre transport d’espèces en solution et équilibres chimiques entre espèces et avec la roche, ainsi que les méthodes numériques permettant de résoudre ce type de couplage. L’objectif de l’UE est d’apprendre à faire le lien entre le modèle physique et sa traduction mathématique, sa discrétisation numérique et les résultats obtenus en fin de simulation. Cela devrait permettre à l’étudiant de ne pas utiliser un modèle et un code comme une « boite noire ».

G. de Marsily, Hydrogéologie quantitative, Masson 1981. J. Bear and A. Verruijt, Modeling Groundwater Flow and Pollution, Springer-Verlag, 1987.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Equipe pédagogique de CentraleSupelec.

Cours et TD organisés par CentraleSupelec.

Cette UE coordonnée par CentraleSupelec permettra à l'étudiant de s'ouvrir sur la modélisation des matériaux ou d'ouvrir ses connaissances sur l'énergie.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

Coordinateurs: Claire-Sophie HAUDIN, MC AgroParisTech Equipe pédagogique: Philippe CAMBIER (DR INRA) Isabelle LAMY (DR INRA).

Cours : - Caractérisation des constituants minéraux des sols (cristallins & amorphes) - Nature, composition et évolution des matières organiques naturelles, propriétés acides et réactivité - Rétention à l’interface solide-liquide : espèces ioniques (échange ionique, adsorption spécifique) et non ioniques - Approche qualitative du redox dans le sol TD appliqués: - Adsorption - Intérêt de l’analyse de terre pour réaliser un diagnostic de fertilisation - Acidification, pouvoir tampon et chaulage des sols acides Projet de groupe : - Géochimie des solutions.

(i) Acquisition de connaissances sur le fonctionnement bio-physicochimique des sols en mettant l’accent sur a) la nature, l’origine, l'évolution et la réactivité des constituants organiques et minéraux, b) les processus physicochimiques (dissolution, sorption, complexation) et biogéochimiques (réactions redox) impliqués dans la dynamique des éléments majeurs et traces et des molécules organiques dans ces sols.
(ii) Acquisition de connaissances méthodologiques (caractérisation des propriétés des minéraux et de la matière organique, étude de l’adsorption, modélisation en géochimie des solutions).

- Calvet R., 2013. Le Sol. 2e edition. La France Agricole. 678 p. - Sparks D., 2003. Environmental Soil Chemistry. 2nd edition. Academic Press. 352 p. - Sposito G., 2016. The chemistry of soils. 3rd edition. Oxford University Press Inc. 272 p.

Septembre - Octobre.

PARIS

L'équipe enseignante sera composée d'une personne du service des langues de l'Université ainsi que d'enseignant du Master.

Les étudiants suivront des cours d'anglais en classe, puis réaliserons une présentation des résultats obtenus dans le module d'étude de cas en anglais.

Ce module est dédié à l’apprentissage des techniques de rédaction d'un rapport et de présentation orale en anglais. Les étudiants utiliseront l’ensemble des acquis de ce module afin d’intégrer les résultats du module de projet et de les synthétiser.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Le stage de recherche se déroulera entre le mois de février et fin juin, pour une durée de 20 semaines. Le stage pourra se faire dans différentes structures (académiques ou non académiques) et l'étudiant devra remettre un rapport écrit présentant la démarche scientifique, les résultats et la conclusion. Une présentation orale devant un jury permettra à l'étudiant de mettre ses résultats en perspective et d'apprendre à présenter des données et résultats.

Les étudiants réaliseront un stage de recherche fondamentales ou de Recherche et Développement (R&D) de 5 mois au sein du laboratoire GEOPS (Géosciences Paris-Sud), dans les grands groupes industriels de l’énergie (TOTAL, AREVA, ...), des carriers (Rocamat, …), des groupes de consulting (BeicipFranlab, …) ou au sein des établissements publics industriels et commerciales (IRSN, l’IFPEN, l’Andra, le Brgm).
L'étudiant réalisera un travail basé sur une étude bibliographique, l’acquisition des données (terrain, laboratoire, modélisation), l'interprétation de celle-ci et leur mise en perspective. Un travail de réflexion scientifique sera demandé ainsi que la production d’un travail écrit et d’une présentation orale des résultats. L’ensemble du travail demandé, que ce soit lors de l’acquisition des données ou la réflexion permettra à l’étudiant de se former aux métiers autour de l’évolution du système Terre, des grandes questions sociétales, et plus particulièrement sur l’étude des bassins sédimentaires, des ressources, de la géothermie tant dans l’industrie que pour une thèse de doctorat.
L'étudiant sera encadré par ou plusieurs collègues, mais devra développer une autonomie importante lui permettant de mener à bien son projet professionnel.

Février - Mars - Avril - Mai - Juin.

ORSAY