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Licence Sciences de la Terre Parcours « Sciences de la Terre et des Planètes »

Cohabilité ENS Lyon/Univ. Lyon 1

Responsable 2007 : Frédéric Chambat, ENS Lyon.Co-resp. et resp. LMD sciences de la Terre-ENS Lyon, 2007: Francis Albarède, ENS Lyon.Secrétariat : Agnès Ganivet, ENS Lyon.Site web : http://www.ens-lyon.fr/Bio-Geol/MST/

Intitulé de l'UE Responsable Horaireprésentiel

Créditseuropéens

1er semestre

Anglais Hélène Windish 30 h 3 ECTS

Méthodes d'observations géologiques à terre et en mer Pierre Thomas 100 h 9 ECTS

Mise à niveau géologie ou mathématiques 1 Francis Albarède 40 h 3 ECTS

Mathématiques 2 Stéphane Labrosse 40 h 3 ECTS

Géophysique 1 – Equilibre et transport Jan Matas 40 h 3 ECTS

Equilibres dans les systèmes géologiques Eva Chamorro 40 h 3 ECTS

Structure, histoire et dynamique de la Terre Pierre Thomas 80 h 6 ECTS

2e semestre

Tronc commun :

Anglais Hélène Windish 30 h 3 ECTS

Physique, chimie des minéraux et des roches Micheline Boudeulle 60 h 6 ECTS

Géophysique 2 - Mécanique des milieux continus Frédéric Chambat 60 h 6 ECTS

Paléoenvironnements Fabienne Giraud 60 h 6 ECTS

Ecole de Terrain : géologie structurale,sédimentologie, pétrologie

Hervé Bertrand 60 h 6 ECTS

Options (une option à chosir parmi quatre) :

Physique, chimie des minéraux et des roches Micheline Boudeulle 40 h 3 ECTS

Géophysique 3 – Magnétisme et pesanteur Frédéric Chambat 40 h 3 ECTS

Paléoenvironnements Fabienne Giraud 40 h 3 ECTS

Ecole de Terrain : géologie structurale,sédimentologie, pétrologie

Hervé Bertrand 40 h 3 ECTS

Programme détaillé des UE :

Anglais, 30 h, 3 ECTS, Hélène Windish, semestre 1

Anglais, 30 h, 3 ECTS, Hélène Windish, semestre 2

Enseignement du département des langues de l'ENS, par niveau.

Compétences acquises à l'issue de l'U.E. :

* Comprendre

Capacité à comprendre une argumentation complexe sur un sujet donné. Capacité à lire des articles en rapport avec leur domaine de spécialité.

* Parler

Capacité à communiquer avec un assez bon degré d'aisance et de spontanéité. Capacité à participer activement à une conversation ou un débat, à présenter et défendre desopinions personnelles et participer activement aux séances de questions/réponses. Maîtrise des techniques de présentation assistés par ordinateur (type PowerPoint).

* Ecrire

Capacité à écrire des textes clairs pour transmettre des informations ou donner des raisons pourou contre une opinion donnée.

A l'issue de la formation les étudiants doivent être capables de réussir, au minimum, le CLES 2(Certificat de Langue de l'Enseignement Supérieur), correspondant au niveau B2 du cadre européencommun de référence pour les langues.

Méthodes d'observations géologiques à terre et en mer, Pierre Thomas, 100 h, 9 ECTS

Travaux Dirigés (TD) 100% 100 h

Introduction à la géologie de terrain (40 h, B. Reynard, P. Thomas, ATER)Une coupe d’une chaîne de montagne (Alpes ou Pyrénées) est effectuée en 5 jours. Desaffleurements clés sont présentés aux étudiants, et la démarche partant de l’observation et de lamesure de terrain jusqu’à l’interprétation est expliquée, en termes de géométrie, de mécanismes, etde temps.

Mise en évidence et cartographie de structures marines (20h, I. Daniel)Une campagne de prospection sismique marine d’une journée est effectuée en Méditerranée à partirde l’observatoire de Villefranche sur Mer, puis les données acquises sont exploitées en travauxpratiques.

Initiation à la cartographie (40h, I. Daniel, S. Pichat, ATER)Les étudiants apprennent à ‘lever’ une carte géologique pendant 5 jours. Cela passe sur le terrain parla reconnaissance des faciès des roches, la localisation géographique sur un fond topographique, lamesure de l’orientation des objets à l’aide d’une boussole, et le report des informations sur le fondtopographique. L’ensemble des données permet alors aux étudiants d’établir une carte géologique,dont ils rédigent également la notice, à leur retour à Lyon.

Mise à niveau géologie ou mathématiques 1, Francis Albarède, 40 h, 3 ECTS

Cours Magistral (CM) 50% 20 hTravaux Dirigés (TD) 50% 20 h

Option géologie ou mathématiques suivant le cursus antérieur de l'étudiant :

Mise à niveau en géologie (40 h) :

I. Pétrologie (20 h)1) Initiation au microscope polarisant2) Propriétés optiques des minéraux3.Principaux minéraux constituants des roches4) Principaux types de texture des roches5) Classification des roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires

II. Cartographie (20h)1) Présentation des techniques de base en cartographie géologiques notion de courbe de niveau,isohypse, nomenclature et symboles conventionnels. Exercices de géométrie. Application à des cassimplifiés et à un cas réel.2) Réalisation d'un schéma structural, construction d'une coupe géologique ou d’un bloc diagramme:- en contexte sédimentaire, illustration dune transition de faciès à l’échelle 1/12500- en contexte plutonique,- en contexte volcanique (bloc diagramme d'une partie de la chaîne des Puys)- en domaine métamorphique.

ou Mise à niveau en mathématiques (40 h) :

1. Dérivées d'une fonction :PrésentationDérivées en chaîneApproximations des dérivéesMéthode de Newton, méthode d'Euler

2. Exponentielle et logarithme :Définition (comparer à l'addition, décroissance des proportions)Les logarithmes, diverses basesLa fonction puissance et sa relation à l'exponentielleles fonctions hyperboliques

3. Nombres complexes :L'axe réel et l'axe imaginaireLe nombre i, partie réelle, partie imaginaire d'un nombre complexeLa notation polaire: le module et l'argumentExponentielle d'une variable complexe (notation d'Euler), introduction des fonctionstrigonométriques, cercle unitaire, projectionsLa formule de Moivre

Formules de trigonométrie (addition, multiplication)

4. Algèbre linéaire :Résolution d'un système 2x2, mise sous forme de vecteursRésolution de 2 systèmes 2x2, mise sous forme de matriceVecteurs et espace vectorielsProduit matriciel: mettre la forme ligne-colonneLe produit scalaire et le produit extérieur comme formes particulières du produit matricielMatrice inverseDiagonalisation: SVD, ACPPropriétés des matrices symétriques*Matrices orthogonales*Projection - Gram-Schmidt*Le déterminant comme volumeCalcul de l'inverse d'une matriceConditionnement d'une matrice*Les opérations simples: compression-dilatation, rotation, symétrie*Formes quadratiquesTracé de l'ellipsoide associé à une matrice symétrique définie positiveLes espaces affines: droites, plans, opérations de translation

5. Analyse :Séries de Taylor, de Taylor-McLaurinDéveloppements limitésRègle de L'HospitalIntégrales indéfinies: changement de variable, intégration par partiesIntégration des fractions rationnellesIntégrales définies: méthode des trapèzes

6. Equations différentielles ordinaires :Equations linéaires du premier ordre à coefficients constants: variation des paramètresSystème d'équations linéaires du premier ordreEquations linéaires du deuxième ordre à coefficients constantsEquations linéaires avec deuxième membre

7. Fonctions de plusieurs variables :Dérivées partiellesFormes différentiellesLe gradient: courbes de niveauRésolution d'un système d'équations non linéaires (Newton-Raphson)Minimum d'une fonction de plusieurs variablesSéries de TaylorMultiplicateurs de Lagrange: application à la distance d'un point à une droite, à l'ensemblemicrocanoniqueIntégrale double, tripleCoordonnées cylindriques et sphériquesDivergence, laplacien, rotationelMouvement circulaireTheorème de Gauss, théorème de Stokes

Mathématiques 2, Stéphane Labrosse, 40 h, 3 ECTS


Opérateurs différentiels.

Gradient. Application au flux de chaleur. Dérivée le long d'une trajectoire (dérivée convective).Divergence. Application aux équations de bilan. Théorème de fluxdivergence (GreenOstrogradsky).Laplacien. Application à la conduction de la chaleur et à la tension d'une surface.Rotationel. Application au calcul du champ magnétique.Changement de système de coordonnées pour les opérateurs différentiels. Séries de Fourier.

Développement des fonctions périodiques.Propriétés.Calcul pratique en salle informatique.Application aux solutions de l'équation de la chaleur. Statistique et probabilité.

Distributions de probabilité.Moments. Initiation à l'analyse numérique. Pour chaque cours, une introduction théorique courte estprolongée par une mise en pratique utilisant Matlab.

Interpolation d'une série de points.Obtention de la racine d'une équation.Calcul d'une intégrale. Application au calcul des profils de pesanteur et pression dans la Terre (étatde référence).Ajustement linéaire par méthode des moindres carrés. Application à l'état de référence dans la Terre.Solution d'une équation différentielle par la méthode de RungeKutta.

Attendus : En plus de connaitre quelques outils de base des mathematiques (par ex, les operateursdifferentiels, les regles de Maxwell en thermo), cette UE doit leur permettre de resoudrenumériquement quelques problemes mathematiques simples.

Géophysique 1 - Equilibre et transport, Jan Matas, 40 h, 3 ECTS


1. Introduction 1.1 Historique 1.2 Paramètres thermodynamiques : variables intensives et extensives, théoreme d'Euler1.3 Conservation d'énergie : 1er principe thermodynamique, réversibilité1.4 Dissipation et bilan d'entropie : 2me principe thermodynamique, irréversibilité1.5 Potentiels thermodynamiques : U , H , F , G et les relations Maxwell, condition GibbsDuhem

2. Equilibre 2.1 Conditions d'équilibre : minimisation d'énergie et l'égalité des potentiels chimiques2.2 Equation d'état : des gaz parfait à l'équation de Birch-Murnaghan2.3 Transitions de phase : courbe d'équilibre et la pente de Clapyeron 2.4 Modèles de mélange idéal et non-idéal : entropie et enthalpie de mélange, transitions de phasebivariante 2.5 Démixion : température critique, coubre binodale et spinodale2.6 Diagramme de phase : exemple de l'olivine et la relation avec la structure interne du manteau 2.7 Chemins caractristiques : isothermes, isochores et adiabates, l'effet des transitions de phase

3. Transport 3.1 Affinité et réactions chimiques3.2 Equation de diffusion 3.3 Diffusion de la chaleur et d'élements3.4 Transport de charge électrique3.5 Diffusivité magnétique 3.6 Rhéologie et viscosité

Attendus: Il s'agit d'un rappel de la thermodynamique "à l'équibre" recentré sur les propriétés dusolide (équations d'état, adiabaticité, changement de phase). L'étudiant comprendra que le retour àl'équilibre s'effectue par des transferts de chaleur et de matière : seront abordés les phénomènes desréactions chimiques, de la diffusion élémentaire, de la rhéologie dans un écoulement visqueux, de laconductivité électrique et de la diffusivité magnétique.

Equilibres dans les systèmes géologiques, Eva Chamorro, 40 h, 3 ECTS


1. Introduction sur l’équilibre thermodynamique (Eva Chamorro)Rappels des notions de thermodynamique.Application des potentiels thermodynamiques pour décrire l'état d'équilibre thermodynamique.Notion de phase, la règle de phase, exemple du diagramme de phase de l’eau.

2. Le potentiel chimique et diagramme de phasesDétermination de G et µ et leur variation avec la pression et la température.Calcul d’une courbe de réaction pour des phases pures. Relation de Clapeyron.Etude et caractérisation des diagrammes de phase binaires.Diagrammes de phase ternaires : exemple du système plagioclase-diopside et du système olivine-opx-cpx comme analogue simplifié du manteau.

3. Les transitions de phaseCaractérisation des différentes transitions de phase : 1er et 2on ordre ; transitions polymorphiques,transitions ordre-désordre : application aux systèmes magmatiques et métamorphiques.Etat métastable et énergie d’activation.

4. Les solutions solides Définition d’une solution solide. Enthalpie et entropie des solutions.Relation entre l’activité et la concentration ; énergie libre de Gibbs des solutions solides.Exemple d’applications : baromètres et thermomètres des roches métamorphiques.Solution idéale, les lois de Raoult et d'Henri, non-idéalité, les coefficients d’activité.Différents modèles de solution solide non-idéale, paramètres d’interaction, équation de Margules.La démixtion, exemple des feldspaths et des pyroxènes.

5. Equilibres chimiques dans les eaux naturelles (Anne-Marie Aucour),

5.1 Equilibre acide - baseCouples acide-base des eaux naturelles. Methode de résolution pour les problèmes d’equilibre ensolution : résolution graphique (exemple diagramme logC-pH), méthode de Newton-RaphsonAlcalinité. Echelles d’activité et de pH.Recherche des couples actifsTP : échantillonnage d’une eau naturelle, mesures in situ (pH, O2, conductivité), mesure de l’alcalinité par titrage et du calcium par absorption atomique.

5.2. Dissolution, précipitationDegré de saturation. Composition d’une eau en équilibre avec la calcite. Le système carbonateocéanique. Saturation de l’océan vis-à-vis de CaCO3.

5.3 Formation de complexesSpéciation des éléments en traces métalliques et leur régulation dans les eaux naturelles. Cas duzinc et du cadmium.

5.4. Oxydo-réduction

Demi-réaction, potentiel standard d'oxydoréduction. Echelles Eh, pe. Diagramme Eh-pH : cas desmétaux, de l’N, du S, du C. Zonation rédox. Mise en évidence du non –équilibre rédox. Cinétiqued'oxydation: rôle des microorganismes.

Structure, histoire et dynamique de la Terre, Pierre Thomas, 80 h, 6 ECTS


1. Structure et propriétés du globe (6 h CM, I. Daniel)Description des différentes enveloppes du globePropriétés physiques, chimiques et minéralogiques

2. Tectonique des plaques2.1. Cinématique des plaques (4 h CM+TD, N. Coltice)Descriptions des déplacementsMéthodes d’acquisition2.2. Les grandes structures géologiques (24 h,CM+TD, N. Coltice )Inventaire, fonctionnement …2.3. Bilan sur la tectonique des plaques (2 h CM, N. Coltice)

3. Histoire de la Terre dans l’Univers3.1. Origine de l’Univers, du système solaire et de la Terre (8 h, CM, P. Thomas)3.2. Origine et histoire des enveloppes terrestres fluides et histoire des climats (6 h CM, P.Thomas)3.3. La croûte continentale et l’archéen (2 h CM+TD, P. Thomas)3.4. Géologie de l’Ouest européen depuis 600 Ma (9 h CM+TD, V. Lignier)3.5. Les grandes crises et les périodes charnières (9 h CM+TD, G. Dromart)

4. Structure, dynamique et histoire comparée des planètes (3 h CM, P. Thomas)

5. Exposés (5 h, G. Dromart)Les étudiants prépareront et présenteront un exposé synthétique sur l’un ou l’autre des thèmes ci-dessus, à partir d’un article scientifique.

Physique, chimie des minéraux et des roches, Micheline Boudeulle, 60+40 h, 6+3 ECTS


Tronc commun (60 h, 6 ECTS)

1. Introduction : présentation du module (objets et méthodes) ; cycle pétrogénétique (1h)

2. Minéralogie (20 h, M. Boudeulle) :- Réseaux cristallins, symétrie, morphologie et habitus- Propriétés physiques caractéristiques (densité, dureté, optique cristalline)- Arrangements atomiques, formules structurales- Grandes familles de minéraux (oxydes, carbonates, silicates)

3. Ensembles magmatiques (24 h, H. Bertrand) :- Traceurs chimiques et minéralogiques des processus magmatiques : Propriétés des éléments,coefficients de partage, éléments compatibles et incompatibles. Fractionnements chimiques ettraçage de la fusion partielle, de la cristallisation fractionnée et des mélanges. Exemples dediagrammes. - Traçage isotopique (systèmes Rb-Sr, Sm-Nd, U-Th-Pb) de la différenciation et des hétérogénéitéscroûte -manteau. - Cristallisation des magmas et textures des roches. - Le manteau supérieur. Minéralogie primaire et secondaire : barométrie, métasomatisme, fusionpartielle. Textures et dynamique du manteau. - La croûte océanique. Composition des basaltes et origine des magmas. Variations verticales etprocessus de différenciation. Apport des ophiolites. Fonctionnement des dorsales et des chambres. - Le magmatisme associé à la convergence de plaques. Volcans et plutons dans les zones desubduction et de collision. Rôle des fluides dans la genèse et la différenciation des magmas.Diversité des sources.

4. Ensembles métamorphiques (15h, E. Chamorro)- Source et transferts de chaleur dans la Terre, différents états thermiques de la lithsophère,définition et localisation du métamorphisme.- Etablissement des grilles pétrogénétiques ; règle des phases, les principes de Schreinemakers.- Thermobarométrie : assemblages stables, métastables et en déséquilibre. Les thermobaromètres :les réactions de transferts et les réactions d’échanges.- Déformation et métamorphisme

Optionnel (40h, 3 ECTS)

Minéralogie (20h, M. Boudeulle) :Les minéraux dans l'espace P-T-X :- Stabilité, métastabilité- Solutions solides, séparations de phases- Phases de haute pression, haute températureLes minéraux et les fluides :-Inclusions fluides

-Minéraux hydratés

Ensembles magmatiques (10h, H. Bertrand) : - Le volcanisme d’îles. Séries tholéiitiques et alcalines. Processus de différenciation. Interactionavec la croûte océanique. Origine des magmas, hétérogénéités des sources, points chauds etcontraintes pour la dynamique du globe. - Les provinces magmatiques géantes. Trapps, réseaux de dykes et intrusions litées. Origine etdifférenciation des magmas : sources enrichies, contamination crustale. Rôle des panachesmantelliques. Conséquences sur la géodynamique et sur la biosphère.

Ensembles métamorphiques (10h, E. Chamorro)Métamorphisme et tectonique : Les transformations métamorphiques sont abordées à partir del’exemple des Alpes :- métamorphisme lié à la subduction : exemple des métabasites (gabbro et basaltes) et desmétasédiments (schistes lustrés) du Queyras, du Monviso et de dora Maira.

Géophysique 2 et 3, Frédéric Chambat, 60+40 h, 6+3 ECTS


Tronc commun : Géophysique 2 – Mécanique des milieux continus (60 h, 6 ECTS)

A. Ecoulements Géophysiques (Y. Ricard) 40 h

Cinematique dans un milieu continu: Points de vue Eulerien et Lagrangien, Derivees partielles,totales et advectives. Lignes de courant (courbes paralleles a l'ecoulement a un instant donne),trajectoires (courbes suivie par une particule advectee),lignes d'injection (courbe formee parl'ensemble des points qui sont passes par le meme point a un instant precedent), deformation d'unobjet.Illustrations par des processus mantelliques: ligne de courant dans l'ecoulement mantellique actuel,trajectoire d'un morceau de croute introduit dans le manteau, forme d'une zone de subduction,deformation d'une heterogeneite spherique dans un cisaillement simple ou pur....

Forces et contraintes: Forces volumiques, forces surfaciques et forces d'inertie (centrifuge, Corioliset Poincare). Tenseur des contraintes. Changement de coordonnees du tenseur des contraintes.Contraintes normales et cisaillantes sur un plan. Deformations reversibles et irreversibles.Rheologies elastiques, visqueuses. Viscoelasticite et temps de Maxwell.

Equations de conservation dans l'approximation de Boussinesq: 4hOn etablira la conservation de la masse, de la quantite de mouvement et de l'energie dans un milieuou tout les parametres physiques (viscosite, densite, conductivite...) sont constants saufeventuellement dans le terme des forces de volume. Coordonnees cylindriques et spheriques (onexplicitera le changement de coordonnees pour la conservation de masse ou pour le gradient maison l'admettra pour le laplacien). Conditions aux limites.

Theoreme Pi et analyse dimensionnelle: On mettra en evidence certains nombres sans dimension,choisis parmi Re, Pr, Ra, Gr, Ro, Nu... que l'on pourra estimer pour l'ocean, l'atmosphere, lemanteau et le noyau. On resoudra des problemes de mecanique des fluides grace a l'analysedimensionnelle (par ex on pourra deviner la loi de Stockes, le fait que la convection thermiquedemande Ra>>1, la taille des gouttelettes, la relation Nu-Ra, le temps du rebond postglaciaire, letemps de thermalisation d'une sphere...)

Ecoulements simples:*Ecoulement de Couette, contraintes sous une plaque lithospherique en mouvement*Ecoulement de Poiseuille en coordonnees cylindrique et cartesienne 2D. Milieux poreux et Loi deDarcy. Conduit volcanique, Flux de retour sous la lithosphere.*Loi de Stokes. Transport d'anomalie de masse dans le manteau, de xenolithes dans un conduitvolcanique. Panaches thermiques*Deformation en couche mince. Etalement visqueux d'un dome de lave, d'une calotte glaciere et dela tete d'un point chaud.*Ecoulement geostrophique. Theoreme de Proudman. Introduction a la circulation atmospherique etoceanique, bananes de Busse.*Ecoulement en coin. Equilibre d'une zone de subduction, dorsales oceaniques.*Inertie et turbulence. La description restera essentiellement phenomenologique.

Attendus: les etudiants devraient maitriser les ecoulements simples : Poiseuille, Couette, Stockes,Corner flow, comprendre les effets dues a la rotation, a l'inertie et a la viscosite et dominer deséquations de bilan simple dans diverses géometries.

B. Elasticité terrestre et ondes sismiques (F. Chambat) – 20 h

Introduction : sismogrammes, isostasie. I. Elasticité (3D), 6 h 1. Rappels sur les équations de conservation. 2. Les contraintes. Contraintes principales, contrainte lithostatique, isostatique. 3. Les déformations. Déformations principales, compression et cisaillement. 4. Principe de l'élasticité linéaire. Exemple de la contrainte uniaxiale. 5. Elasticité linéaire isotrope. Modules d'élasticité, équation de Navier. Exemple : contraintes et déformation dans une zone de cisaillement.II. Elasticité statique et tectonique, 9 h 1. Contraintes élastiques dans un volcan. 2. Contraintes de poinsonnement dans un ½ espace. Application au Tibet ? 3. Déformation radiale d'une sphère. Applications : déformation de la Terre sous l'effet de l'atmosphère ou d'une variation de vitessede rotation et/ou modes propres sismiques radiaux. 4. Déformation élastique de marée. 5. Théorie des plaques minces. 6. Flexure de la lithosphère sous un volcan sur un point chaud. 7. Flexure d'une zone de subduction.III. Ondes sismiques P et S, 5 h 1. Ondes P et S en milieu homogène. Existence des deux types d'ondes à partir de l'équation deNavier. Ondes planes, polarisation, fronts, rais, ondes sphériques. 2. Applications : Sismique, modèle de Terre à deux couches. 3. Ondes P et S en milieu inhomogène : introduction à la théorie des rais. 4. Conditions de réflexions et réfraction. Continuité du déplacement : lois de Snell-Descartes. Continuité des contraintes et coefficients de réflexion : devoir à rendre. 5. Sismogrammes, construction et interprétation d'hodochrones, modèles moyens de Terre. 6. Introduction au principe de la tomographie de temps de parcours.

Attendus: les étudiants devraient savoir résoudre les problèmes simples d'élasticité isotrope avec lesconditions aux limites, maîtriser les concepts de flexure lithosphérique, l'origine des différentesondes P et S, connaître les lois de réflexion/réfraction, savoir comment les hodochrones sont tracéeset reliées à un modèle de Terre.

Optionnel : Géophysique 3 : magnétisme et pesanteur (40h, 3 ECTS)

Magnétisme (20 h, S. Labrosse)PlanRappel des équations de Maxwell. Calcul du champ induit par un courant électrique et du courantélectrique produit par un champ variable. Application à l’induction dans la Terre.

Le champ actuel : observations et modèles. Harmoniques sphériques. Décomposition du champmagnétique en champ interne et champ externe. Spectre du champ et origines : le champ externe, lechamp crustal (rémanent et induit) et le champ nucléaire. Prolongement vers le haut ou le bas. Lerayon du noyau vu par le spectre du champ.Évolution temporelle du champ. Évolution récente : la variation séculaire. Secoussesgéomagnétiques. Évolution à long terme : paléomagnétisme. Inversions. Hypothèse du dipôle axialcentré. Champ d’un dipôle, relation latitude-inclinaison. Applications à la tectonique des plaques :ouverture des océans et mouvement en latitude des continents.Dynamique du noyau (notions). Équation d’induction, nécessité du mouvement dans le noyau pourexpliquer l’existence du champ sur l’histoire de la Terre. Nombre de Reynolds magnétique et effetdynamo. Équilibre géostrophique.

Attendus : l’étudiant devra comprendre la décomposition du champ en harmoniques, ladétermination de l’origine des sources, les méthodes de prolongement et de filtrage. Il devracomprendre et pouvoir utiliser les résultats du paléomagnétisme

Pesanteur et forme de la Terre (20 h, F. Chambat)

Introduction : Quelques mesures et applications

I. Historique : La rotondité de la Terre, l'aplatissement, la gravimétrie moderne

II. La gravité et son potentiel

Quelques définitions du champ de gravitéLe potentiel de gravitéThéorème de GaussAttraction de quelques corps simples : sphère, plateau…Propriétés des harmoniques sphériques, potentiel des planètes en harmoniques sphériquesForce centrifuge, potentiel de pesanteur, géoïde

III. Ellipsoïde hydrostatique, ellipsoïde de référence

Définition de l'équilibre hydrostatique, propriétés de la stratification hydrostatique« L'ellipsoïde » hydrostatique, exemple de l'ellipsoïde de MaclaurinLes ellipsoïdes de référence

IV. Mesures de la pesanteur et de la forme de la Terre

Gravimètres, déviations de la verticale, méthodes spatialesDétermination du champ globalDétermination d'un ellipsoïde de référenceLe positionnement sur la surface, l'altitudeDétermination du géoïde, du quasi-géoïdeRésumé des surfaces utiles

V. Applications, modèles d'intérieurs de la Terre

Effets de l'aplatissement, de l'altitude, des masses topographiquesAnomalies à l'air libre, anomalies de BouguerIsostasie : observations, interprétationModèles élastiques, flexureMouvements verticaux, rebond post-glaciaireGravimétrie locale : quelques principesModèles moyens de densité : masse, inertie, modes propresInterprétations des modèles globaux de gravité : isostasie, convection

VI. Principes de mécanique ; forces dans le référentiel terrestre

Lois de la mécanique rationnelle : loi d'inertie, principe fondamental de la dynamique, loi d'action-réactionLois des systèmes, centre de masseThéorème du moment cinétique, de l'énergie cinétiqueMécanique céleste, lois de KéplerChangement de référentiel, composition des accélérationsForces d'inertie dans le référentiel terrestre

VII. Marées

Forces de marées, son potentiel, expressions approchées, déformations, évolution temporelle

VIII. Rotation de la Terre

Moments cinétiques dans le système solaireDurée du jour, éloignement de la Lune, rebond post-glaciaireMouvement du pôlePrécession et nutation

Paléoenvironnements, Fabienne Giraud, 60+40 h, 6+3 ECTS



1. Evolution des environnements de dépôts le long d'un transect continent - océan (30h)- Méthodes numériques de description du relief- Processus diffusifs et advectifs, lois de transport des sédiments- Rôle des organismes dans l'altération des roches et l'érosion sédimentaire- Nature et quantité de matière transférée des continents aux océans- Exemples d'évolutions de systèmes fluviatiles et lacustres

2. Utilisation des fossiles comme proxies des variations paléoenvironnementales le long d'untransect continent – océan (30 h)- Influence des changements climatiques sur les interactions flore terrestre - vertébrés continentaux :étude des phénomènes de migration.- Reconstitution des changements climatiques et/ou paléocéanographiques par l'étude desmicrofossiles : analyse des structures des différents groupes et de leur relation, au travers de ladiversité (composition des assemblages) et de l'abondance relative.- Réponse morphologique des organismes aux variations environnementales en domaine océanique:quantification des variations de taille chez les ammonoïdes.

Optionnel (40h, 3 ECTS) :

Quantification des paléoenvironnements et paléoclimats marins et terrestres à l'aide desconcepts et outils de la géochimie (40h, en option)Concepts introduits avec des exemples concrets et des exercices (exploitation de données réelles).- climat: structure, amplitudes et fréquences des variations (calcul de températures de l'air ;estimation de volumes de glaces polaires ; constructions de gradients thermiques)- biomasse et biodiversité (calcul de vitesses de croissance d'exosquelettes)- courants océaniques et masses d'eaux (recherche de courants océaniques et mises en relation avecdes migrations de faunes ; estimations de salinités ; calcul de températures marines)- chimie des eaux naturelles et des sédiments (calcul de pH marins et pCO2 atmosphériques)

Ecole de Terrain : géologie structurale, sédimentologie, pétrologie, Hervé Bertrand, 60+40 h,6+3 ECTS

Travaux Dirigés (TD) 100% 100 h


10 journées de travail sur le terrain

1. Volcanisme (H. Bertrand)J1 : Structure, composition et genèse de volcans monogéniques (exemple de la chaîne des Puys) :Dynamismes éruptifs (coulées, dômes et déferlantes, maars). Différenciation d’une série alcaline.Diversité des enclaves : structure et composition de la lithosphère sous-jacente.J2 : Edification et démantèlement d’un strato-volcan (exemple du Mont Dore) : Dynamismeséruptifs (coulées, dômes, éruptions pliniennes, coulées pyroclastiques, formation de caldeiras,instabilités de flancs et avalanches de débris). Coexistence de séries alcalines saturée et sous-saturée, figures de mélanges de magmas.

2. Métamorphisme et Magmatisme (G. Mahéo)J3: Reconnaissances lithologique, minéralogiques et structures. J4 et 5: Obtention d’une coupe E-W dans le Massif des Maures. - Relation métamorphisme – magmatisme – déformation- Reconnaissance des gradients métamorphiques- Evolution géodynamique locale

3. Sédimentologie (G. Dromart)J6 et 7 : Lever de colonnes lithologiques et sédimentologiques, à différentes échelles, des terrains dela plate-forme carbonatée du Vercors :- géométries de dépôts (architectures stratigraphiques) à l’échelle des séquences sismiques ;- séquences élémentaires de dépôts ;- structures sédimentaires : dépôts tidaux, de tempêtes, d’écoulements gravitaires ; chenauxd’érosion sous-marine.

4. Géologie structurale (A. Pécher, T. Villemin) La tectonique cassante et ductile en ChartreuseJ8 : Surtout analyse à l'échelle du paysage (environs de Chambéry et Chartreuse Nord) : plis etfractures, décrochements, plis et chevauchements, grandes unités structurales. Visualisation à l'aidede coupes à main levée.J9 et 10 : Surtout analyse à l'échelle de l'affleurement, le long des coupes des deux Guiers et duCharmant Som- lithologie des séries carbonatées de la Chartreuse externe- fracturation- plis et figures associées (fractures, schistosité..), reconstruction des grandes structures à partir dedonnées ponctuelles- chevauchements et figures associées (schistosité, étirement, amandes C-S..)

Optionnel (40h, 3 ECTS) : Exploitation des données acquises sur le terrain

5. Volcanisme alcalin et rifts continentaux (exemple du Massif Central) (H. Bertrand)- Origine du volcanisme- Dynamismes éruptifs et approche physique des éruptions : analyse de cartes géologiques, photos,données expérimentales. Implications en termes de risques volcaniques.- Analyse des laves et des enclaves en lame mince et des données géochimiques correspondantes(majeurs, traces, isotopes) : identification et quantification des processus pétrogénétiques(cristallisation fractionnée, mélanges de magmas, contamination crustale) ; composition, structure ethistoire de la lithosphère sous-jacente.

6. Métamorphisme lié à l’effondrement d’une chaîne de Montagnes : exemple de la bordure est duMassif Central français : (G. Mahéo)Genèse de granites d’anatexie et différenciation de la croûte continentale, à partir de l’étude decartes géologiques, de cartes structurales et d’échantillons macroscopiques. Etude de lames minces,calculs thermobarométriques (pour roches métamorphiques) et analyses des données géochimiques(pour les granites) identification de la source.

7. Analyse de données pétrographiques, sédimentologiques et sismiques relatives aux plates-formescarbonatées (G. Dromart): - étude de lames minces ;

- calibrage des données diagraphiques de forages ;- exercice de stratigraphie sismique.

Interprétation en termes de paléoenvironnements et de variation du niveau marin.

8. Géologie structurale : (A. Pécher, T. Villemin)- Que peut-on faire dire (ou au contraire ne pas faire dire) aux données structurales ? - un exemple : contraintes, déformation et cinématique en Chartreuse Utilisation des données récoltées sur le terrain à différentes échelles (paysage, coupes à pied,affleurements), dans différentes parties de la Chartreuse (autour de Chambéry , dans la vallée duGuiers Vif, dans la vallée du Guiers Mort et au Charmant Som), dans différents compartimentstectoniques de la Chartreuse, en utilisant des marqueurs géologiques différents (failles, joints, plis,figures de cisaillement). Exploitation en salle s'appuyant sur des logiciels de traitement de données structurales (inversiondes données sur les plans striés pour déterminer les paléo tenseurs de contraintes, analyse statistiqueet reconstitution géométrique des axes de déformation finie à partir des figures de déformationductile)

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