Présentation du M2R Océan Atmosphère et Surfaces Continentales

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1 Master Sciences de la Planète et de l Environnement M2 Spécialité Recherche OCEAN ATMOSPHERE ET SURFACES CONTINENTALES Présentation du M2R Océan Atmosphère et Surfaces Continentales Co-habilitation Université Paul Sabatier - Ecole Nationale de la Météorologie Lieu des cours : Ecole Nationale de la Météorologie Responsables : Sylvain Coquillat, PR, LA, UPS, , sylvain.coquillat@aero.obs-mip.fr Claire Doubremelle, ICPC, Météo France, , claire.doubremelle@meteo.fr Objectifs scientifiques et professionnels de la spécialité. Le M2 Recherche Océan Atmosphère et Surfaces Continentales s appuie sur les compétences de haut niveau présentes à Toulouse pour proposer une formation de qualité à la recherche et par la recherche à de futurs doctorants. Il est une première étape pour la préparation à des carrières de recherche dans l Enseignement Supérieur, dans les grands organismes publics (CNRS, Observatoires, Météo France, IRD, CNES, Mercator, IFREMER, INRA ) et dans des entreprises ou des bureaux d étude privés (CLS, ADEME, NUMTECH, ORAMIP ). L objectif est clairement d apporter des connaissances de pointe sur l atmosphère, l océan et les surfaces continentales, sur le climat, et sur les outils de recherche tels que la télédétection spatiale et la modélisation, afin de donner aux titulaires du master un riche éventail de compétences qui leur permettra de poursuivre leurs projets de recherche avec les meilleures chances de réussite. Si toutefois à l issue du master l étudiant décide de ne pas poursuivre dans cette voie, la formation permet d aborder la vie professionnelle dans le secteur des études environnementales incluant les organismes de surveillance de la qualité de l air et de la pollution maritime en zone côtière, les bureaux d étude réalisant des travaux de surveillance ou de contrôle et des études d impact, les entreprises travaillant sur les produits dérivés des satellites d observation de la Terre A l issue de la formation, les diplômés doivent maîtriser les connaissances fondamentales sur le fonctionnement de l atmosphère, de l océan, et des surfaces continentales, savoir comprendre les mécanismes complexes régissant le climat et son évolution, savoir utiliser les outils couramment utilisés dans les laboratoires de recherche, mais également savoir mettre en œuvre leurs connaissances dans le cadre d un travail de recherche en laboratoire. Les objectifs se déclinent selon les items suivants : (i) acquérir une expertise sur le climat et son évolution (rôle des nombreux acteurs, interactions entre ces acteurs) ; (ii) acquérir une expertise sur les circulations atmosphérique et océanique aux multiples échelles, (iii) maîtriser les interactions sol/atmosphère à l origine d échanges d énergie fondamentaux ; (iv) maîtriser les techniques d observation satellitaire, de modélisation et de simulation numériques (connaissance de base sur les grands modèles communautaires) et d assimilation de données ; (v) connaître l importance et le potentiel des prévisions météorologiques et des mesures aéroportées (formation Météo-France/SAFIRE). Co-habilitation avec l Ecole Nationale de la Météorologie. Cette spécialité est co-habilitée avec l Ecole Nationale de la Météorologie (ENM, Toulouse). Le M2 OASC est dorénavant partie intégrante de la 3ème année d étude pour les élèves-ingénieurs de l ENM qui le souhaitent. Dans la mesure où ils ont déjà suivi l équivalent de certains cours du M2 OASC dans la deuxième année de leur cursus, ils sont dispensés des cours concernés au M2 OASC (validation d acquis) et leur formation parallèle est complétée par d autre modules pour valider leur diplôme d ingénieur ENM. Tous les cours du 1 er semestre sont dispensés à l ENM qui prend en charge l organisation de l emploi du temps et des contrôles, et qui offre une capacité d accueil dans des logements à coût intéressant pour les étudiants sur le site de la Météopole. Diverses facilités de l ENM sont également mises à disposition : salle informatique, accès à la bibliothèque, visite du centre de prévision nationale, participation à des séances de prévision météorologique, à des séminaires Organisation en termes d UE et de crédits européens. Le premier semestre du M2 OASC est constitué de 6 UE de 4 ECTS chacune portant sur l atmosphère, l océan, les surfaces continentales, le climat, la télédétection spatiale et la modélisation, d 1 UE optionnelle de 3 ECTS constituée de 2 matières à choisir parmi 5 propositions, et d un module d anglais de 3 ECTS, pour un total de 30 ECTS. Le second semestre est entièrement dédié au stage de recherche en laboratoire avec un crédit associé de 30 ECTS. Descriptif des UE, des modalités pédagogiques (CM, TD, TP, projet, stages, etc.) et des intervenants. 1

2 La spécialité est constituée d un premier semestre d enseignements généraux (30 ECTS, 8 modules dont un composé de deux sous-modules optionnels à choisir parmi 5 possibilités) et d un second semestre entièrement dédié au stage de recherche en laboratoire (30 ECTS). Les modules d enseignements ont été définis - en grande partie - avec l objectif d apporter une culture scientifique permettant d appréhender dans sa globalité la question climatique qui est au cœur des recherches actuelles. Le 1er semestre est ainsi constitué de trois modules dédiés à l approfondissement des notions fondamentales relatives à l atmosphère, à l océan et aux surfaces continentales, qui sont les acteurs du système climatique. Viennent ensuite un module entièrement dédié au climat puis deux modules consacrés aux outils (observation par télédétection et modélisation numérique). Les étudiants ont par ailleurs la possibilité de colorer leur cursus par le choix de deux modules spécialisés parmi un éventail de cinq modules optionnels consacrés à des thématiques fortement représentées dans les laboratoires de recherche toulousains. Le tout est complété par un module d anglais pris en charge par l UFR de Langues de l Université Paul Sabatier. A ce dispositif, ont été ajoutés hors maquette une formation sur la valorisation des compétences, ainsi qu un module de sensibilisation aux prévisions météorologiques et aux mesures aéroportées. La plupart des cours se font en présentiel sous forme classique. Mais conformément à une attente des étudiants, les enseignants sont encouragés à varier les supports de cours avec par exemple du travail basé sur des articles scientifiques, ou à faire des TD dans la mesure où leur matière permet de faire des applications relativement simples. La forme que revêtent les contrôles terminaux est à la discrétion des enseignants, cependant la Commission Pédagogique encourage chacun d eux à varier les formats en intégrant des questions de réflexion basées sur des parties d articles, à proposer des présentations orales et/ou écrites sur l analyse d articles en accord avec une demande récurrente étudiants. Ces diverses formes sont bien adaptées au type de formation à la recherche et pour la recherche. L évaluation par les étudiants que nous réalisons chaque année en interne a permis de faire émerger le besoin de proposer des applications de façon à ce que le programme ne soit pas perçu comme trop théorique. Nous avons donc mis en place des Travaux Pratiques dans les deux modules d outils. Ceux-ci seront réalisés avec un support informatique (salle équipée mise à disposition par l ENM) permettant de proposer des analyses d événements par observation spatiale multi canaux (Télédétection), d utiliser les modèles de recherche Méso-NH et Sirocco (labellisés INSU) pour comprendre des processus atmosphériques et océaniques classiques et tester l influence de divers paramètres (Modélisation). Les TP de modélisation se font avec le concours des personnels CNAP en charge des tâches de service Méso-NH et Sirocco. MODULE CONTENU C (h) TP (h) ECTS UE1 Atmosphère UE2 Océan UE3 Continent UE4 Climat UE5 Télédétection UE6 Modélisation UE7 Options (2/5) UE8 Langue UE9 Stage UE1.1 Météorologie dynamique I 9 UE1.2 Météorologie dynamique II 10 UE1.3 Physico-chimie de l atmosphère 10 UE2.1 Océanographie dynamique I 9 UE2.2 Océanographie dynamique II 10 UE2.3 Physico-chimie de l océan 10 UE3.1 Dynamique des surfaces continentales 9 UE3.2 Fonctionnement des surfaces continentales 9 UE3.3 Couche limite 12 UE4.1 Atmosphère et climat 9 UE4.2 Océan et climat 9 UE4.3 Système climatique 10 UE5.1 Rayonnement 9 UE5.2 Observation atmosphère 6 UE5.3 Observation océan 6 UE5.4 Observation continents 6 UE6.1 Techniques de modélisation 9 UE6.2 Assimilation de données 9 UE6.3 Modélisation géophysique 10 UE7.1 Physique des nuages 10 UE7.2 Aérosols 10 UE7.3 Océanographie côtière 10 UE7.4 Traceurs dans l'océan 10 UE7.5 Cryosphère 10 Anglais 24 3 Total présentiel (2 modules optionnels)

3 MODULE ECTS CONTENU C (h) Compétences Contenu du module (mots clefs) UE1 Atmosphère UE2 Océan UE3 Continent UE4 Climat Météorologie dynamique I Météorologie dynamique II Physico-chimie de l atmosphère Océanographie dynamique I Océanographie dynamique II Physico-chimie de l océan Dynamique des surfaces continentales Fonctionnement des surfaces continentales Couche limite 12 Atmosphère et climat Compréhension et interprétation des mécanismes principaux de développement barocline des dépressions extratropicales, par utilisation des équations diagnostiques quasi-géostrophiques et des notions de conservation/inversion de tourbillon potentiel. Intégrer les principes fondamentaux de la circulation générale de l'atmosphère, plus particulièrement de la troposphère. Pouvoir manipuler les modèles conceptuels de la circulation générale. Etre capable de restituer les propriétés des ondes de Rossby planétaires et synoptiques (excitation, propagation et décroissance) ainsi que leur rôle dans la circulation générale. Dégager les éléments clés de la variabilité basse fréquence de l'atmosphère. Ce cours vise à rappeler des compétences de base sur l'atmosphère et la chimie qui y trouve place. On développera les principaux mécanismes chimiques régulant la chimie de l'atmosphère, tant dans la stratosphère que dans la troposphère, et ce, en phase gazeuse, aqueuse ou hétérogène Connaissances des bases de la circulation géostrophique et quasi-géostrophique, calculs de base en océanographie (ex : vitesse des courants dans l océan sous différentes hypothèses). Analyse des écoulements géostrophiques, circulation générale, variabilité spatio-temporelle, théorie des perturbations linéaires, application des relations de dispersion, compréhension de la variabilité climatique. Comprendre les interactions entre la physique et la biogéochimie à différentes échelles spatiotemporelles, l importances pour les cycles des éléments (carbone, azote,..) dans l océan ainsi que pour le climat, les calculs de taux de mélange et de temps de résidence, les analyses de données in situ et satellites, l analyse de modèle couplé et de sa dynamique (stabilité,..), connaître les équations de base, savoir analyser un article scientifique. Intégrer des grands enjeux environnementaux (changements climatiques, gestion de l eau ). Etablir une argumentation relevant du développement durable dans le cadre d une problématique impliquant les impacts des activités anthropiques sur les écosystèmes et les ressources en eau, C fossiles... Dégager les atouts/faiblesses et opportunités/menaces d un territoire au point de vue environnemental en utilisant des caractéristiques portant sur la structure, le fonctionnement, la dynamique des écosystèmes. Mettre en œuvre une vision intégrée des écosystèmes (relations sol, végétation, atmosphère). Etre capable d identifier les facteurs de variations des composantes des bilans de C et d eau dans différents types d écosystèmes terrestres. Pouvoir appliquer les équations de la mécanique des fluides à la couche limite atmosphérique. Maîtriser l analyse dimensionnelle, la notion de flux turbulents et de ses différentes formulations. Etre capable de restituer les propriétés des différentes couches limites de l atmosphère. Connaître la composition chimie de l'atmosphère passée et actuelle, et comprendre l'influence de cette composition sur le climat terrestre. Comprendre les échanges surface-atmosphère des composés majeurs (H2O, C, N, S), et leur perturbation sous l'action de l'homme. Analyser les liens entre climat, chimie atmosphérique et santé. Rappel sur de la dynamique des moyennes latitudes: forces fondamentales et lois de conservation, équilibres horizontaux et verticaux des forces, vent thermique, circulation et tourbillon. Ecoulements de grande échelle aux latitudes moyennes; approximation Quasi-Géostrophique; équations diagnostiques QG: mouvement, tourbillon, température potentielle et vitesse verticale; tourbillon potentiel de grande échelle, anomalies de sa distribution, notion d'inversion. Perturbations baroclines des moyennes latitudes; baroclinie; perturbations baroclines; mécanismes du développement barocline; applications: cycle de vie des perturbations baroclines. Circulation générale de l'atmosphère, circulation méridienne en moyenne zonale, circulations de Hadley et de Ferrel, transports méridiens de quantités de mouvement et de chaleur. Aspects tridimensionnels de la circulation, ondes de Rossby stationnaires planétaires, ondes baroclines synoptiques, courant-jets et rails des dépressions des moyennes latitudes. variabilité basse fréquence (régimes de temps, téléconnexions), dynamique des zones tropicales. Introduction sur la chimie atmosphérique; chimie stratosphérique en phase homogène, chimie troposphérique en phase homogène; transformations des gaz en phase aqueuse; chimie en phase hétérogène; cas du trou de la couche d'ozone. Circulation géostrophique et non-géostrophique, son rôle sur la circulation à grande échelle, vorticité, ondes planétaires barotropes (Kelvin, Rossby) et barocline (Rossby), vents thermiques et ajustement géostrophique, dynamique quasi-géostrophique. Océanographie dynamique, Ondes, Instabilités, turbulence géostrophique Dynamique tropicale, El Nino Couplage Physique/biogéochimie et processus associés, observations in situ, satellite, et modélisation, équations d advection-diffusion avec termes sources et puits, liens avec les modèles en boîte réseau trophique, interactions entre la physique et la biogéochimie dans la couche de mélange (zones tropicale et tempérée), à mésoéchelle (méandres, tourbillons, ondes), à l échelle d un bassin océanique (gyres). Mise en place des cycles biogéochimiques continentaux, répartitions des stocks d eau et de carbone dans les différents compartiments, interactions sol-végétationatmosphère pour les échanges d eau et de carbone entre les différents compartiments. Fonctionnement du sol (formation d un sol, rôle et évolution de la matière organique), processus régulant le transfert d eau dans le continuum sol-végétationatmosphère, processus régulant les interactions écosystèmes-atmosphère pour les échanges de CO2 (photosynthèse, respiration), déterminants de la croissance des végétaux, hydrologie. Turbulence atmosphérique (introduction des équations et des méthodes d étude). Modèles conceptuels et paramétrisations de la couche limite (partie de l atmosphère fortement influencée par la surface). Comportement des couches limites nocturnes, convectives, nuageuses et océaniques. Composition chimique de l atmosphère et influence sur le climat; composition chimique de l atmosphère actuelle; l'ozone; Influence climatique des constituants atmosphériques: effet de serre additionnel; interactions chimie atmosphérique - climat santé. Océan et climat 9 Intégrer les enjeux planétaires derrière la notion de «grands cycles d éléments». Connaître les bases de la géochimie. Appréhender les moyens d explorer la mer, du satellite au mouillage profond. Rôle de la biogéochimie marine sur les grands cycles d'éléments, en particulier celui du carbone: action et rétro action. Notions de géochimie: réservoirs, flux, calcul de budgets. Chimie de l'océan et capacité de l'océan à gérer les 3 apports anthropiques. Notions de modèles couplés.

4 UE5 Télédétection 4 Système climatique 10 Rayonnement 9 Observation par télédétection Applications (TP) 9 9 Connaissance des climats passés, présents et futurs. Compréhension des processus internes (atmosphère, océan, cryosphère, biosphère, lithosphère) et externes (modulation de la luminosité solaire, activités humaines), prise en compte des multiples rétroactions. Appréhension de la variabilité aux différentes échelles temporelles. Identification des phénomènes naturels et de l'impact anthropique. Savoir calculer des propriétés optiques : réflectance et température de brillance de surfaces avec/sans végétations et atmosphère, savoir manipuler une équation du transfert radiatif, connaître les spécificités des différents domaines spectraux. Connaissance des paramètres géophysiques et biochimiques des 3 composantes (atmosphère, continent, océan) en fonction du mode d observation (résolutions spectrale et spatio-temporelle, etc.), Connaissances des principaux capteurs actuels (performances, limitations), savoir interpréter des mesures satellites. Interprétation de la mesure spectrale en terme de paramètres géophysiques, applications dans les domaines de l atmosphère, des surfaces continentales et de l océan. Notions d'expériences à la mer: moyens d'observation, campagnes en mer... Définitions, répartition de Köppen. Mécanismes élémentaires. Observations et modélisations. Couplages et rétroactions. Modes de variabilité naturelle et prévisibilité. Evolution passée (paléoclimat) et future (changement climatique). Propriétés spectrales des différents milieux (sols, végétation, eau, atmosphère), équations du transfert radiatif, mécanismes d interactions (réflexion, émissions thermiques), physique du rayonnement de l atmosphère (diffusion de Rayleigh, de Mie, élargissement des raies spectrales), applications (corrections atmosphériques, sondages atmosphériques), exemples de modèle de transfert radiatif (1D et 3D). Observations de l océan, de l atmosphère et des surfaces continentales par télédétections spatiales, propriétés biochimiques et physiques de l océan, de l atmosphère et des surfaces continentales observables depuis l espace, physique de la mesure (ex : température de brillance, altimétrie, sondage atmosphérique, etc.) et capteurs satellites associés (ex : AVHRR, HRV, IASI, MODIS, Végétation, T/P, Jason, etc.). Applications associées. Applications d un modèle de transfert radiatif à une dimension sol-végétation, analyses de données satellites dans le visible, IR et micro-ondes dans l atmosphère (compositions gazeuses, aérosols, nuages) et dans l océan (hauteur dynamique, courants, température de surface de la mer, couleur de l eau). Techniques de modélisation 9 Comprendre les techniques de modélisation. Systèmes différentiels. Equations aux dérivées partielles. Méthodes numériques d'intégration. Stabilité et précision des discrétisations. UE6 Modélisation 4 Assimilation de données 9 Comprendre les techniques de traitement des observations, notamment pour initialiser les modèles numériques. Notions sur les principes et l'utilisation des techniques d'assimilation et de prévision d'ensemble. Traitement des observations, analyse objective de données, opérateur d'observation, estimation statistique optimale, assimilation variationnelle, filtre de Kalman, prévision d'ensemble. UE7 Options (2/5) UE8 Langue UE9 Stage 3 Modélisation géophysique (TP) Physique des nuages Aérosols 10 Océanographie côtière Traceurs dans l'océan Cryosphère 10 3 Anglais Expérimenter et analyser des phénomènes météorologiques et océaniques à l'aide de modèles numériques. Analyser les résultats de modèle et la sensibilité aux paramètres d'entrée. Compréhension des processus physiques associés aux nuages. Approche de l'observation des nuages et de leur représentation. Rôle des nuages dans les perturbations atmosphériques des latitudes moyennes et tropicales. Notions sur les sources d'aérosols atmosphériques. Notions sur les processus d'évolution des propriétés physico chimiques de l'aérosol au cours de son transport dans l'atmosphère. Notions sur les impacts climatiques associés à la présence d'aérosols. Notions sur les techniques de mesures de l'aérosol par impaction ou par filtration. La marge continentale est le siège d une dynamique très spécifique. La formation proposée vise à en identifier les causes, à décrire les mécanismes associés et à proposer des modèles simples. Acquisition de connaissances sur les outils géochimiques utilisés pour étudier des paramètresclés (export de carbone, mélange dans l océan ), modèles utilisés en géochimie marine Faire comprendre le rôle de la cryosphère dans le climat en tant qu acteur et témoin climatique. Notion de temps de réponse, rapide pour les glaces de mer, lent pour les glaces continentales. Notion de fonctionnement d un glacier et intérêt en tant qu archives glaciaires. Savoir situer son sujet de recherche dans le domaine scientifique correspondant. Savoir manipuler des données, utiliser et/ou développer un modèle, mener des expériences pour obtenir des résultats scientifiques nécessaires à l analyse d un problème. Savoir rédiger une synthèse de ses travaux dans un Utilisation des modèles numériques Méso-NH et SYMPHONIE (labellisés INSU) pour l analyse de processus atmosphériques et océaniques: Foëhn et ondes de montagne, dispersion d un panache de pollution et ligne de grains orageuse; dispersion d'un panache, ondes océaniques, et plongée d'eau dense. Analyse des résultats et étude de la sensibilité à des paramètres clefs. Nuages, système d équations, modélisation, observations. Nuages stratiformes (stratus, brouillard, stratocumulus, cirrus). Nuages cumuliformes (dynamique, électricité, grêle, tornades, systèmes convectifs). Perturbations des latitudes moyennes (structure à grande échelle, observations satellite, nuages et fronts). Cyclones tropicaux (climatologie, évolution, impact, prévisibilité). Sources, processus de formation et d évolution, vieillissement, impact radiatif Spécificité de la circulation océanique, de la réponse au vent et de la dynamique des marées, des tsunamis, de la houle, des ondes internes et des panaches fluviaux sur les marges continentales. Outils géochimiques, quantification des flux de matière dans l océan, quantification du mélange (horizontal, vertical) dans l océan, échanges côte-large. Notion d albédo et de rétroaction positive. Fonctionnement d un glacier et d une calotte polaire. Formation de la glace de mer. Glace, témoin de l altération climatique. Recul des glaciers continentaux et des glaces de mer Arctique. Glace, acteur du climat. Travail bibliographique, assimilation de techniques scientifiques, rédaction d un rapport, soutenance orale, effort de pédagogie. 4

5 Total présentiel (2 modules optionnels) 215 format imposé, en faisant preuve de clarté avec un choix judicieux de figures. Savoir présenter ses travaux avec pédagogie et défendre ses résultats devant une assistance. Aspects formation à et par la recherche. Le M2 OASC s appuie sur l un des principaux pôles de recherche français en environnement (OMP et Météo France) avec 7 laboratoires de recherche en soutien (LA, LEGOS, CESBIO, CNRM, CERFACS, CLS, MERCATOR), auxquels s ajoutent deux laboratoires extérieurs (le LACy à La Réunion, et l INRA Ephyse à Bordeaux). Le potentiel d encadrement pour les stages de recherche s élève à 245 chercheurs permanents dont 88 sont habilités à diriger des recherches (HDR ou DE). Le nombre de personnels chercheurs susceptibles d encadrer les stages de recherche des étudiants du Master 2 OASC est le suivant: Laboratoire Type d unité Chercheurs permanents HDR ou DE Laboratoire d Aérologie (LA) UMR Laboratoire d Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) UMR Centre d Etudes Spatiales de la Biosphère (CESBIO) UMR Centre National de la Recherche Météorologique (Météo France) : Groupe d'étude de l'atmosphère MEtéorologique (CNRM/GAME) Sciences de l Univers au Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (SU CERFACS) URA URA Laboratoire de l Atmosphère et des Cyclones à l Université de La Réunion (LACy) UMR Ecologie fonctionnelle et Physique de l'environnement à l INRA de Bordeaux (EPHYSE) UR INRA 10 5 Mercator Océan GIP 11 0 CLS Collecte Localisation Satellites 21 1 Totaux Equipe pédagogique L équipe pédagogique est majoritairement constituée d enseignants chercheurs (11/20) mais la collaboration de personnels CNAP (3/20), CNRS (2/20) et Météo France (4/20) n est pas négligeable et assure une pluralité d approches de la recherche qui s avère enrichissante pour les étudiants. Cette diversité de statuts permet de confronter les étudiants aux différents profils académiques visés par la formation. Chaque module a fait l objet d un appel d offre et les candidatures ont été évaluées par la Commission Pédagogique de la formation qui attribue les enseignements en fonction des compétences scientifiques et en fonction de l expérience en enseignement. De manière consensuelle, les principaux laboratoires de recherche associés au M2 OASC sont également équitablement représentés dans cette équipe pédagogique. Le jury, assimilé à la Commission Pédagogique, est constitué des 2 responsables de la formation (i. e. Sylvain Coquillat pour l UPS et Claire Doubremelle pour l ENM), des directeurs des laboratoires de recherche associés, et d experts scientifiques représentant les diverses thématiques de la formation. Environ 50% des membres du jury sont également enseignants dans la formation, ce qui permet lors des soutenances de stage de faire le lien avec les enseignements théoriques du 1 er semestre puisque parmi les consignes données dans le guide de stage il est précisé que l étudiant pourra, si possible, montrer les apports des différents cours qu'il a suivis. La Commission pédagogique se réunit au minimum 4 fois dans l année : en septembre pour finaliser le jury de l année précédente suite aux quelques soutenances de stage tardives à cause de stages longs (cas des stages en entreprise) mais également pour faire le point sur la rentrée en cours ; en février pour le jury et le bilan du 1 er semestre avec présentation des résultats de l évaluation interne par les étudiants et discussion des éventuelles solutions à mettre en œuvre ; à la mi juin pour les soutenances de stage et le jury terminal, et début juillet pour sélectionner les candidatures de la promotion suivante. Aspects formation professionnelle et compétences transverses Les compétences visées par cette formation sont clairement, en premier lieu, une formation à la recherche en vue d aborder une thèse de doctorat. Au cours de l année, les étudiants doivent donc acquérir les bases de travail de recherche à la fois dans le domaine des méthodes (analyse bibliographique, travail en équipe, esprit de synthèse, rédaction d un rapport, présentation orale, etc ) que des outils (informatique, modélisation numérique, télédétection spatiale, techniques instrumentales, traitement de données ). Cependant, les méthodes et outils et méthodes proposés permettent d appréhender une intégration dans le milieu professionnel avec certains atouts. Pour favoriser celle-ci, qu elle soit dans le milieu de la recherche académique ou dans le milieu industriel, nous avons mis en place une formation d une journée avec l aide d un cabinet extérieur (consultants en ressources humaines). Cette formation a pour objectif de donner aux étudiants du M2 OASC des outils pour lui permettre de réaliser un choix d orientation professionnelle pertinent, à l image de ce qui est proposé aux doctorants de l Ecole Doctorale SDU2E. Trois thèmes sont abordés : valoriser son cursus à travers une réflexion sur les bilan et projet personnels et professionnels ; savoir communiquer et convaincre un professionnel (recherche de stage, recherche d emploi, lettre CV proposition de service) ; et savoir convaincre à l oral (entretien). Cette formation corrige une insuffisance du milieu universitaire qui ne possède et ne transmet pas la culture de la mise en valeur des qualités et des savoirs faire, culture nécessaire lors de contacts d embauche. 5

6 Par ailleurs, une formation spécifique à la documentation électronique est dispensée à la bibliothèque de l Observatoire Midi-Pyrénées pour tous les étudiants de la mention SPE (outils de recherche, Web of Science, accès aux périodiques électroniques, notion de facteur de citation et de facteur d impact ). Effectifs Le recrutement en M2 OASC est naturellement alimenté par les étudiants issus du M1 AOC. Le M2 OASC semble intéresser de plus en plus les élèves d écoles d ingénieurs autres que l ENM et l Ecole Ponts (viviers de Météo France), telles que l ENSEEIHT (accords avec l ENM), l ISAE (étude en cours pour augmenter les équivalences), l ENS, l INSA. Le recrutement d étudiants provenant d autres M1 de France stagne à un niveau relativement bas. La mobilité étudiante est vraisemblablement plus forte au niveau du M1 et au niveau du doctorat (principe du LMD). Depuis 2011/2012, le M2 OASC est en partie intégré au cursus IENM 5 des élèves de l Ecole Nationale de la Météorologie. Année Présents F H Provenant Recrutement Dont Dont école Taux de du M1 AOC externe université d'ingénieurs réussite F H 2005/ % 100 % 100 % 2006/ % 100 % 100 % 2007/ ,5 % 90 % 100 % 2008/ % 100 % 100 % 2009/ % 100 % 100 % 2010/ ,8 % 90 % 100 % 2011/ % 100 % 100 % 2012/ % 80 % 88 % 2013/ % 100 % 100 % Non comptabilisés dans ce tableau : 2007/2008: 1 étudiant Erasmus (Allemagne) présent uniquement pour le 1er semestre 2008/2009: 1 étudiant Erasmus (Allemagne) présent uniquement pour quelques UV du 1er semestre 2009/2010: 1 étudiante Erasmus (Allemagne) présente uniquement pour le 1er semestre 2012/2013: 1 étudiante Erasmus (Allemagne) présente uniquement pour le 1er semestre Résultats connus de l évaluation des enseignements par les étudiants. L évaluation du M2 OASC organisée en interne tous les ans à la fin du 1 er semestre, nous permet d être très réactifs sur les problèmes de tous ordres (information, organisation, transmission de documents, gestion des stages, problèmes apportés par la mutualisation de modules, pédagogie ). Le caractère systématique de cette évaluation réalisée en présence des deux coresponsables du M2 OASC et de tous les étudiants permet d éviter que de gros dysfonctionnements voient le jour. En pratique, elle est l occasion de détecter de petits problèmes qui pourraient apparaître dans chaque module et de proposer des solutions aux enseignants. En parallèle, l année 2008/2009 a été l occasion pour le Service Universitaire de Pédagogie de l Université Paul Sabatier d organiser une évaluation de tous les masters de l UPS. Les résultats de cette évaluation et le compte-rendu de la réunion de la commission paritaire d évaluation (avec rappel des questions posées lors de l évaluation) sont disponibles sur le site du SUP à la page suivante : (mention Sciences de la Terre et de l Environnement). Parmi les remarques formulées, celles qui abordent le contenu et la forme du diplôme et qui apparaissent les plus fondamentales sont les suivantes : 1. Les cours jugés trop théoriques avec la nécessité de faire plus de TD, de travailler sur des articles scientifiques, et de faire des mises en pratique. 2. Le rythme des cours est jugé soutenu surtout dans la période centrale du 1 er semestre et l organisation des contrôles durant la semaine ne permet pas toujours aux étudiants de se concentrer efficacement sur les autres enseignements en parallèle. 3. Le volume horaire trop faible du 1 er semestre pour approfondir suffisamment les notions fondamentales abordées. Par ailleurs, la formation spécifique sur la valorisation des compétences a été unanimement appréciée De même, la mise en place de cours de mise à niveau pour les étudiants n ayant pas suivi le M1 AOC a été jugée très positivement. Celle-ci ne sera cependant pas reconduite pour des raisons de coût. Résultats connus de l analyse à 2 ans du devenir des étudiants diplômés ou non. Devenir des étudiants l année suivant celle de la rentrée en M2 OASC: Promotion (année de rentrée) Allocations MESR Autres allocations (Météo France, CIFRE, BDI, CNES, CNRS, SHOM, ADEME, CEA, étranger ) Ingénieurs Météo-France # 2 # 5 5 # Autres M2 3 2* 3* Autres 7** 1** 5** 8** 6** 5** 3** Totaux ** : 1 ingénieur météo au Maroc, 1 enseignant (agrégé), 1 ingénieur météo au Québec, 1 technicien à Météo-France, 1 ingénieur (ENSEEIHT, fin de cursus), 1 ingénieur environnement en Grèce, 1 recherche d emploi. 2006* : 1 étudiante ayant fait un autre M2R après le M2 OASC est inscrite en thèse en 2008 (allocation Météo France, non comptabilisée dans la deuxième ligne du tableau). 2006** : 1 poursuite d études au Japon. 2007* : 1 étudiante ayant fait un M2P après le M2 OASC est inscrite en thèse en 2009 (allocation MEN, non comptabilisée dans la première ligne du tableau). 6

7 2007** : 1 ingénieur (ISAE, fin de cursus), 1 enseignante en Grèce, 2 recherches d emploi, 1 sans réponse # : 1 allocation MEN a été attribuée à un ingénieur Météo-France (non comptabilisée dans la première ligne du tableau) et 1 allocation Météo-France a été attribuée à un autre ingénieur Météo-France (non comptabilisée dans la deuxième ligne du tableau). 2008** : 1 chercheur en Australie, 2 ingénieurs (ENSEEIHT, fin de cursus), 1 ingénieur de recherche CDD CNES/CNRS, 1 ingénieur CDI dans l éolien, 1 ingénieur CDD à Barcelone, 2 sans réponse (dont un retour en Grèce) # : 1 allocation Météo-France a été attribuée à un ingénieur Météo-France (non comptabilisée dans la deuxième ligne du tableau). 2009** : 1 étudiant en recherche d emploi a obtenu une allocation de recherche IRD l année suivante, 1 ingénieur CDI, 1 ingénieur d étude CDD, 1 poursuite d étude (Géographie), 2 sans réponse (dont un retour en Italie). 2010** : 1 étudiant technicien à Météo-France, 1 ingénieur CDD à EDF, 1 ingénieur Météo (IHFR Oran) en poursuite d étude, 1 enseignante à l université au Vietnam, 1 étudiante n ayant suivi qu un semestre et complétant son M2 l année suivante (avec obtention d une allocation de recherche à la suite) # : 1 allocation Météo-France a été attribuée à un ingénieur Météo-France (non comptabilisée dans la deuxième ligne du tableau). 2011** : 1 étudiante en école de journalisme, 1 ingénieur DGA, 1 ingénieur météo à Madagascar. Au final, 1 étudiant de la promotion 2005/2006 et 2 étudiants de la promotion 2007/2008 sont en recherche d'emploi l'année suivant la rentrée au M2 OASC, et le pourcentage d'étudiants poursuivant en thèse (y compris 1 an après le M2) est de 50 %, 82 %, 64 %, 48 %, 62 %, 46 %, et 52 % pour les promotions 2005/2006, 2006/2007, 2007/2008, 2008/2009, 2009/2010 et 2010/2011, respectivement. Ce qui correspond en moyenne sur les 7 promotions à 2 % d'étudiants en recherche d'emploi après 1 an (3/152), et à 57 % d'étudiants en thèse après 2 ans (86/152). Module de sensibilisation aux prévisions météorologiques et aux mesures aéroportées Compte tenu de l'importance de sensibiliser les étudiants aux disciplines expérimentales et au développement instrumental, un module de formation sur cette thématique a été mis en place depuis l année 2013/2014. Il est consacré à l'instrumentation aéroportée et bénéficie de la présence à Toulouse de SAFIRE (Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement) sur la base aérienne de Francazal. Sa réalisation a été rendue possible grâce à la collaboration croisée de plusieurs équipes : SAFIRE, CNRM, LA (Laboratoire d Aérologie) et ENM. Ce module est organisé sur 4 journées : 1() visite de SAFIRE avec présentation de ses missions notamment dans le cadre des grandes campagnes de mesures collaboratives, et présentation des avions (Falcon 20, ATR42 et Pipper) et des capteurs embarqués ; (2) séance de prévision météorologique élaborée par les élèves de l ENM à J-2 pour évaluer la situation météorologique le jour du vol de l ATR42 ; (3) prévision météorologique à J-1 avec l un des pilotes pour définir un plan de vol permettant d aller observer in situ une situation d intérêt tout en respectant les contraintes du trafic aérien ; (4) briefing d avant vol, confirmation de la prévision météorologique, vol sur l ATR42 de 5 étudiants tirés au sort avec chat entre l équipe navigante et les étudiants restés sur la base, debriefing au retour de l avion, puis exploitation des observations et confrontation de celles-ci aux prévisions avec l aide de scientifiques. 7

8 Syllabus détaillé du M2R Océan Atmosphère et Surfaces Continentales UE 1.1 : Météorologie dynamique I (9h) (Catherine Freydier) Ecoulements de grande échelle et perturbations météorologiques des latitudes moyennes 1.Approximation quasi-géostrophique (2h) a. Equations du mouvement et de conservation b. Analyse d échelle c. Equation aux tendances du géopotentiel d. Equation aux vitesses verticales e. Applications 2. Tourbillon potentiel (2h) a. Introduction b. Principe de conservation c. Principe d inversion d. Applications 3.Perturbations baroclines des moyennes latitudes (4h) a. Nature barocline des perturbations b. Mécanisme du développement barocline b. Exemples de cycles de vie des perturbations baroclines Dynamique des rapides du courant-jet Méthode d inversion du tourbillon potentiel 4. Compte rendu de lecture d articles scientifiques (1h) a. Wernli et al., QJRMS, 2002 b. Hello et al., Meteor. Appl.,

9 UE 1.2 : Météorologie dynamique II (10h) (Philippe Arbogast) A. Circulation en moyenne zonale 1.Du bilan radiatif vers le mouvement (2h) a. Bilan radiatif observé b. Machine thermique atmosphérique c. Flux méridiens observés d énergie et de quantités de mouvement d. Observations cellules de Hadley et Ferrel 2.Latitudes intertropicales. Circulation de Hadley (2h) a. Introduction / principes b. Modèle de Held et Hou (1980) c. Extensions du modèle de Held et Hou (1980) Prise en compte de l humidité, des effets dissipatifs 3. Moyennes latitudes. Cellule de Ferrel (2h) a. Cellule de Ferrel. Principes. Equation elliptique diagnostique Circulation Eulérienne classique b. Rôle respectif des perturbations transitoires et stationnaires Lien flux de quantité de mouvement / vitesse de groupe / anisotropie des ondes Lien entre flux de chaleur et instabilité barocline (introduction à l énergie potentielle disponible) c. Flux d'eliassen-palm. Lien avec les flux méridiens de vorticité potentielle Lien avec la vitesse de groupe. d. Circulation Eulérienne transformée B. Aspects tridimensionnels de la circulation 1.Ondes de Rossby stationnaires planétaires (2h) a. Observations b. Echelles spatiales / vitesses de groupe / nombre d onde total stationnaire c. Modèle barotrope forcé par la topographie d. Tracé des rayons, indice de réfraction e. Réponse barotrope à un forçage orographique localisé. 2. Ondes de Rossby transitoires synoptiques (2h) a. Observations paquets d ondes et rails des dépressions Estimation des échelles spatiales b. Cycle énergétique de Lorenz pour les perturbations baroclines c. Diagrammes de Hovmoller : calcul vitesses de phase et de groupe 9

10 UE 1.3 : Physico-chimie de l atmosphère (10h) (Dominique Serça) - Introduction à la chimie de l'atmosphère L atmosphère, le changement planétaire: causes, conséquences, scénarios Notions de base en chimie de l'atmosphère: cinétique chimique, état quasi-stationnaire, photolyse et photochimie, catalyse, temps de vie, degré d'oxydation, réactions dépendant de la température et de la pression, principaux composés en trace - Chimie stratosphérique en phase gazeuse Ozone stratosphérique Mécanisme de Chapman Equilibre O3-O, Famille Ox Cycles catalytiques de destruction de l'ozone: cycle de H et famille HOx, cycle de N et famille NOx, cycle de Cl et famille ClOx, couplages Espèces réservoirs, répartition et bilan O3 stratosphérique - Chimie troposphérique en phase gazeuse La troposphère, O3 troposphérique, principaux mécanismes de production Variabilité de la composition chimique troposphérique Réactivité et capacité oxydante de la troposphère; Radical OH, Système OH/HO 2 /NOx/O 3 - Chimie troposphérique en phase aqueuse Eau et nuages Loi de Henry Equilibre chimique en phase liquide: SO 2, NH 3, HNO 3 - Chimie stratosphérique en phase hétérogène Observations Mécanismes Tendances et évolution 10

11 UE 2.1: Océanographie dynamique I (9h) (Rosemary Morrow) Structure moyenne de l océan Rappels sur les équations de base et la quasi-géostrophie (2h) a. Equations du mouvement et de conservation b. Equations thermiques, haline, et équation d état c. Ecoulements divergents et non-divergents d. Approximations quasi-géostrophiques e. Vorticité dans l océan Stratification dans l océan (2h) a. Rappel sur les forçages et la structure moyenne de l océan stratifié b. Stabilité statique et fréquence Brunt-Vaisala c. Modèles à couches et modes verticaux d. Vent thermique et ajustement géostrophique e. Fronts et jets Circulation forcée par le vent (2h) a. Rappel sur Ekman, et Ekman stratifié b. Circulation de Sverdrup, Stommel, Munk c. Subduction et thermocline permanente Circulation moyenne à grande échelle (3h) a. Circulation tropicale b. Circulation de l océan austral c. Circulation thermohaline globale 11

12 UE 2.2: Océanographie Dynamique II (10h) (Nick Hall) (Waves, Instability and Geostrophic Turbulence) 1) Large scale ocean waves - wave kinematics - shallow water waves - inertia-gravity (Poincaré) waves - Kelvin waves - Rossby waves - internal waves 2) Equatorial dynamics - Scales and approximations near the equator - Shallow water model - Equatorial Kelvin waves - Family of equatorial wave solutions - El Niño dynamics 3) Instability theory - perturbation theory - barotropic instability - criteria for growth: stable and unstable profiles - baroclinic instability - physical mechanisms and the emergence of scales - properties of growing modes 4) Geostrophic turbulence - effects of nonlinearity - 3d and 2d turbulent cascades - wave-turbulence crossover - effects of rotation - eddies in the ocean - closure - diffusion - eddy-mean flow interaction 12

13 UE 2.3 : Physico-Chimie de l océan (10h) (Isabelle Dadou) Chapitre I : Importance des couplages entre la physique et la biogéochimie -Modélisation et formalismes en biogéochimie marine Couplages entre la physique et la biogéochimie dans l océan : Observations in situ et satellite Modèle en boite (rappel, modèles non stationnaires) : exemples Modèles aux équations primitives (ou advection-diffusion) Liens avec les modèles en boite Différents termes de transports/flux de traceurs (essentiellement pour l étude du cycle du carbone et azote). Etude d article (traceur passif) + TD (modèles en boite, temps de résidence, taux de mélange, flux) Chapitre II : Réseau trophique : Observations - Formalisme des termes sources moins puits Biodiversité : phytoplancton, zooplancton, bactérie Modélisation et paramétrisation des processus biogéochimiques (croissance du phytoplancton, disponibilité en lumière et nutriments, broutage du zooplancton,...) TD : Etude d un modèle simple de réseau trophique et son comportement dynamique (stable, cyclique ou chaotique) Chapitre III : Couplage physique - biogéochimie dans la couche de mélange Comportements différents dans la couche de mélange selon différentes zones de l océan Eaux tempérées : Mécanisme du bloom printanier Eaux tropicales : Structure verticale et principales propriétés Etude d articles Chapitre IV : Couplage physique-biogéochimie à mésoéchelle Importance des couplages à mésoéchelle Caractérisation de l environnement physique à mésoéchelle (Tourbillons, méandres, fronts, ondes..) Variabilité à mésoéchelle de la biogéochimie marine (observations, mesure de cette variabilité dans le temps et l espace, modélisation,..) Etude de différents cas : tourbillons isolés du Gulf Stream, champs de tourbillons, ondes de Rossby baroclines Etude d articles 13

14 UE 3.1 : Dynamique des surfaces continentales (9h) (Eric Ceschia) 1) INTRODUCTION - Mise en place de l atmosphère et des cycles géochimiques puis biogéochimiques de l Adéen au temps présent, conquête des continents par végétaux, interactions avec le climat et mise en place des biomes et de leur répartition 2) CYCLES BIOGEOCHIMIQUES - Le cycle de l Eau : répartition sur le globe, les stocks et les flux, temps de résidence dans les différents compartiments, variabilité des apports et pertes par ETR, changement de phase et énergie, devenir de l eau de pluie et eau du sol, impact des actions anthropiques sur son cycle, conséquences des CC sur distribution spatiale et temporelle des précipitations. - Le cycle du Carbone : réservoirs et stocks, cycle inorganique, cycle long et court organique, variations saisonnières de la concentration atmosphérique en CO2, les flux naturels (photosynthèse, respiration autotrophique, respiration hétérotrophique, flux de méthane ), les lux d origine anthropiques, perturbations anthropiques du cycle du carbone, conséquences pour le climat et le fonctionnement de la végétation. - Le cycle de l azote : fixation, minéralisation, absorption dénitrification, boucles trophiques 14

15 UE 3.2 : Fonctionnement des surfaces continentales (9h) (Eric Ceschia) 1) FONCTIONNEMENT DU SOL Définition, formation et évolution des sols, profil pédologique, constitution du sol, texture, structure, le vivant dans le sol et son rôle, symbioses, la matière organique, ressources minérales et en eau, potentiel hydrique et profil hydro sous différents couverts. 2) FONCTIONNEMENT DES PLANTES Absorption d eau et d éléments minéraux, fonctionnement des stomates, régulation du potentiel hydrique, transpiration, rôle des pigments chlorophylliens, transport cyclique et non cyclique des électrons, cycle de Calvin, différences plantes C3, C4 et CAM, effet des facteurs climatiques (rayonnement, concentration en O2 et CO2, eau du sol, température) et anthropiques sur les flux et stocks, impact des CC sur la répartition des biomes et leur productivité, différences de fonctionnement entre individu et couvert végétal 3. METHODOLOGIES D ETUDE DES CYCLE BIOGEOCHIMIQUES A- Réseau terrestre de mesure des flux de matière et d énergie - Méthodologies spécifiques aux différentes échelles de travail (foliaire à écosystèmes) - Etude des effets CO 2 et sècheresse sur les flux et la production des écosystèmes B- Apports de la télédétection spatiale Principes de la télédétection, les différents domaines spectraux et leur utilisation respective pour l étude de la biosphère continentale (désertification, déforestation dégel ), les capteurs et leurs résolutions spatiale, spectrale et temporelle, signatures spectrales des sols et des couverts, lien avec leur fonctionnement, caractérisation des modes d occupation et d usages des sols, étude de la phénologie, estimation de paramètres biophysiques (LAI, humidité des sols ). C- Modélisation - Modèles de NPP (principe, comparaison) - Couplage avec les modèles climatiques - Modélisation hydrologique et TSVA - Utilisation des données de télédétection pour forçage, validation, spatialisation 15

16 UE 3.3 : Couche limite (12h) (Rachel Honnert) I. Introduction générale (2h) Importance, caractéristiques de la couche limite atmosphérique et de la couche de mélange océanique Introduction à la turbulence : besoin d une approche statistique Moyens d étude (expérimentaux et numériques) Rappels : température potentielle, température potentielle virtuelle, énergie cinétique turbulente II. Equations de la turbulence (3h) Equations de Boussinesq pour l atmosphère Notations, Principales hypothèses, Opérateurs de moyenne Equations de Reynolds Signification des flux turbulents Couche limite barotrope et barocline Equations des moments III Quelques outils (2h) Approche spectrale de la turbulence Analyse dimensionnelle et lois de similitudes IV Modèles conceptuels de la couche limite (1h30) Théorie semi-empirique de la turbulence (coefficient d échange, longueurs de mélange) La couche d Ekman dans l atmosphère Les paramétrisations VI Descriptions des différentes couches limites (3h30) Couche limite de surface Couche limite convective, cycle diurne Couche limite stable, jet nocturne, brouillard Couche limite nuageuse : cumulus et strato-cumulus 16

17 UE 4.1 : Atmosphère et Climat (9h) (Valérie Thouret) Proposition de syllabus pour le module U.E.41 Atmosphère et climat Composition chimique de l atmosphère et influence sur le climat - Origine et évolution de l'atmosphère terrestre, comparaison avec d'autres planètes - Évolution naturelle du climat - Bilan radiatif de la Terre et effet de serre naturel Composition chimique de l atmosphère actuelle - Description générale - Atmosphère actuelle: principaux constituants majeurs et mineurs, distribution globale - Cycles biogéochimiques naturels du carbone, de l azote, et perturbations anthropiques - Rappels: émissions, transformations et dépôts des constituants atmosphériques L'ozone - Distribution - Cycle de Chapman, famille Ox - Perturbations couche stratosphérique Influence climatique des constituants atmosphériques: effet de serre additionnel - Principaux gaz à effet de serre et leurs caractéristiques - Augmentation des gaz à effet de serre et des aérosols, et conséquences climatiques Interaction chimie atmosphérique - climat santé publique - Climat - santé : les maladies à vecteur - Événements climatiques - pollution et santé 17

18 UE 4.2 : Océan et Climat (9h) (Catherine Jeandel) CHAPITRE I : Impact du climat sur la biomasse marine Introduction : cadre «océan», la vie dans océan, quelques espèces phytoplanctoniques, la production primaire (formation de la matière organique, saisonnalité, PP/NP ), les schémas numériques, quelques simulations parlantes Variabilité interannuelle à décennale : définition interannuelle, les grands modes de variabilité (El Nino, NAO, PDO, SOI ) et variabilité décennale Changement du climat à l ère anthropocène : augmentation CO2, impact réchauffement sur biomasse, forage des thons CHAPITRE II : Rétroactions entre cycle du carbone et climat Evolution à l anthropocène du CO2 et du cycle du C dans l océan : principaux mécanismes d interaction entre le carbone et l océan (chimie carbonates rôle T, ph, vent, circulation ) ; pompes biologiques et physiques ; pénétration du C anthropique dans océan (quantification ) Intrication des cycles du CO2 et de l O2 face au changement climatique Couplage climat-carbone : un système instable? Modèles couplés : Modèle IPSL versus Modèle du Hadley Centre ; Méthodologie; Résultats CHAPITRE III : Cycle du Fer et biogéochimie marine Fer et espèces phytoplanctoniques Les rôles respectifs des poussières et des marges continentales Introduction aux traceurs géochimiques Etudes de sensibilité à des scénarios climatiques 18

19 UE 4.3 : Système climatique (10h) (Frank Roux) 1- Définitions : - climatologie géographique et physique, classification de Köppen - facteurs internes (atmosphère, hydrosphère, cryosphère, biosphère, lithosphère) et externes (luminosité solaire, orbite terrestre, forçage astronomique, impact anthropique) - surveillance du climat (GCOS : WWW, GAW, GOOS, GTOS ; Committee on Earth Observing Satellites) - archives climatiques (documents historiques, coraux, pollens, cernes d'arbres, carottes glaciaires, sédiments marins) - modélisation numérique (atmosphère, océan, surfaces continentales, chimie, aérosols, carbone ; globale et régionale) - impacts climatiques (forêts, permafrost, agriculture, biodiversité, ressources en eau, écosystèmes, régions sensibles, zones urbaines) - organisations internationales (ESSP : WCRP, IGBP, IHDP, DIVERSITAS) 2- Mécanismes du climat : - bilan d'énergie (visible, infrarouge, flux convectifs, nuages, aérosols) - bilan d'eau (molécule d'eau, gaz-liquide-solide, cycle hydrologique, réservoir et flux, précipitations vs. évaporation) - bilan de quantité de mouvement (circulations atmosphériques et océaniques,) - conditions aux limites (interfaces atmosphère, océan, surfaces continentales, glace) - rétroactions (rayonnement, vapeur d'eau, nuages, calottes, banquises) - érosion des carbonates - silicates (la Terre "boule de neige" puis "hamman") - interactions végétation - climat (le monde des paquerettes) - circulation thermohaline (stabilité, mode direct et inverse) - échelles de temps et modalités des changements climatiques 3- Modes de variabilité et prévisibilité : - ENSO (circulation de Walker, El Niño, La Niña, observations, théories, prévisions) - North Atlantic Oscillation, Arctic Oscillation, Antarctic Oscillation - variabilité de l'atlantique tropical (mode équatorial, mode dipolaire, AMO-AMM, observations) - variabilité de la mousson de l'afrique de l'ouest (pluie et pluviométrie, mécanismes, causes externes, influence anthropique) - Pacific Decadal Oscillation, Pacific North American - Indian Ocean Dipole 4- Evolution passée : processus et échelles de temps de la paléo-climatologie forçages orbital, volcanique, océanique, continental, évolution dynamique d'un système océan - glace de mer, cycles glaciaire-interglaciaire évolution dynamique d'un système CO2 - océan - glace de mer, forçage orbital, transition Pliocène - Pléistocène instabilités des calottes glaciaires, évènements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger optimum médiéval et petit âge glaciaire 5- Evolution future : évolution du XXe siècle (atmosphère, océan, glace, précipitations) forçages anthropiques (GES, aérosols, surfaces) et naturel (solaire, volcans), attribution évolution des scénarios du GIEC, résultats de l'ar-4 (forçages radiatifs, températures, précipitations, océan, calottes et banquises, variabilité climatique, cyclones et tempêtes) évolution des modèles et des observations géo-ingénierie (rayonnement solaire visible vs. rayonnement infrarouge terrestre, efficacité, coût, échéance et risque des différentes méthodes, gouvernance et impacts) 19

20 UE 5.1 : Rayonnement (9h) (Jean-Philippe Gastellu Etchegorry) Modélisation du Transfert radiatif I Equation du Transfert Radiatif I.1 Milieu quelconque I.2 Milieu particulaire I.3 Milieu particulaire peu dense et plan (τ(ω) = τ/µ) I.4 Résolution de l'équation du transfert radiatif I.5 Inversion de mesures II Transfert radiatif dans l'atmosphère II.1 Distribution verticale de l atmosphère II.2 Propriétés optiques atmosphériques II.3 Raies d absorption gazeuse II.4 Calculs sur des bandes spectrales larges II.5 Application : chauffage / refroidissement de l'atmosphère II.6 Modèle Arpege (aspects radiatifs) III Transfert radiatif dans les surfaces terrestres III.1 Les différents types de modèles (R(Ω), T(Ω) et bilan radiatif) III.2 Le transfert radiatif dans les milieux turbides III.3 Résolution itérative du transfert radiatif dans des milieux turbides III.4 Modèles turbides à plusieurs flux III.5 Modèles géométriques III.6 Méthode des ordonnées discrètes ANNEXE 1 : DISTRIBUTION ANGULAIRE FOLIAIRE ANNEXE 2 : FONCTION DE PHASE SPECULAIRE 20