MASTER 1 Mention : Sciences de la Planète et de l Environnement Parcours : Atmosphère Océan Continent (AOC) 2014/2015 Secrétariat Pédagogique : Valérie Besombes Téléphone : 05 61 55 68 25 Bât 3TPA Porte 132 Email : valerie.besombes@adm.ups-tlse.fr
La Faculté des Sciences et Ingénierie La Faculté des Sciences et Ingénierie (FSI) met en œuvre l ensemble de la formation dans les domaines des sciences et de l ingénierie et assure l articulation avec les activités de recherche qui relèvent de son périmètre. Adossée à une soixantaine de laboratoires de recherche, la formation adresse les domaines suivants : - Mathématiques - Informatique - Mécanique - Physique - Chimie - EEA (Electronique-Electrotechnique-Automatique) - Biologie-Géosciences Ainsi que : - Le département de Langues Vivantes et Gestion - L UPSSITECH (UPS sciences ingénierie et technologie), école interne accessible au niveau L3 et habilitée à délivrer le titre d Ingénieur de l Université de Toulouse. Soucieuse d un enseignement de qualité qui donne accès à un métier et répond aux exigences et besoins du monde du travail, la FSI propose des formations offrant de nombreux débouchés dans le secteur public comme dans le secteur privé. Assurées par des enseignants du supérieur, également chercheurs dans des laboratoires de recherche de grande renommée nationale et internationale ainsi que par des intervenants extérieurs dont plusieurs centaines de salariés d entreprises, ces formations donnent une large place aux TD et TP en petits groupes et aux stages en entreprise. Les étudiants sont accompagnés dans la réussite de leurs études et leur insertion professionnelle par des équipes pédagogiques et administratives investies dans le soutien, le conseil et l orientation. Chaque année, plus de 8000 étudiants choisissent la FSI pour préparer leur avenir professionnel. 2
FINALITE L objectif du M1 AOC est d offrir une formation spécialisée dans le domaine des sciences de l atmosphère, de l océan, des surfaces continentales, et de leurs interactions, associée à la fois au potentiel recherche et enseignement existant dans ces domaines à Toulouse et dans sa région, et au potentiel d emploi des PME travaillant dans le domaine de l environnement, de sa surveillance et de sa gestion, notamment grâce aux technologies spatiales. Le M1 AOC propose un complément de formation en physique générale et les bases des enseignements spécialisés en rapport avec l intitulé de la formation. Les approches numériques et expérimentales sont abordées par un projet informatique et des enseignements de terrain en atmosphère et océanographie. Le contenu des enseignements spécialisés, élaboré en concertation avec Météo France, a également comme objectif de préparer les étudiants au concours d Ingénieur des Travaux de la Météorologie. ORGANISATION Enseignement 7ème semestre (30 ECTS) : Météorologie (108h 11 ECTS) Mécanique des fluides (54h 4,5 ECTS) Thermodynamique hors équilibre (24h 3 ECTS) Physique numérique et projet sur ordinateur (48h 5 ECTS) Physique non linéaire (48h 4,5 ECTS) Instrumentation (22h 2 ECTS) Enseignement 8ème semestre (30 ECTS) : Atmosphère biosphère (80h 6 ECTS) Océanographie (112h 9 ECTS) Enseignements de terrain (36h 3 ECTS) Projet personnel et professionnel (6h 0,5 ECTS) Projet modélisation atmosphère océan (12h 2,5 ECTS) Stage en laboratoire ou en entreprise (~2 mois 3 ECTS) Anglais (24h 3 ECTS) Ouverture (24h 3 ECTS) DEBOUCHES Le M1 AOC donne accès aux M2 de l'université Paul Sabatier suivants : M2 Recherche «Océan Atmosphère et Surfaces Continentales» M2 Professionnel «Surveillance et Gestion de l'environnement» M2 Professionnel «Physique et Chimie de l'air et des Océans» M2 «Océanographie Physique Appliquée» 3
INSCRIPTION POUR L ANNEE 2014-2015 De Plein Droit Sont admis de droit les étudiants titulaires de la licence de Physique, Physique Chimie et Applications à l'astrophysique et à la Météorologie, Sciences Physiques et Chimiques, Physique et Applications à l'energie, Parcours spécial Physique de l'université Paul Sabatier. Sur Dossier Accès sur dossier pour les titulaires d'autres diplômes reconnus, par l'équipe de formation du master, comme équivalents aux diplômes requis pour l'entrée de droit. 4
Semestre 7 Durée : 14 semaines RESUME DU S7 MODULES EM7TAOE1 Météorologie générale 5 24 24 0 EM7TAOE2 Météorologie dynamique et turbulence 5 24 24 0 EM7TAOE3 Météorologie pratique 1 0 0 12 EM7PYFF1 EM7TAOB1 Mécanique des fluides 4,5 24 24 6 EM7PYFF2 Thermodynamique hors Equilibre 3 12 12 0 EM7PYFG1 Physique numérique et projet sur ordinateur 5 0 0 48 EM7PYFE1 Physique non linéaire 4,5 24 16 8 EM7TAODM Instrumentation 2 1 0 21 Semestre 7 5
EM7TAOE1 METEOROLOGIE GENERALE Responsable : Sylvain Coquillat Email : sylvain.coquillat@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 56 5 24 24 Préparation à l épreuve de Météorologie du concours d'ingénieur des Travaux de la Météorologie. Comprendre le fonctionnement thermodynamique de l'atmosphère. Connaître le comportement de l'eau atmosphérique. Savoir analyser la stabilité verticale de l'atmosphère et être capable de déterminer la présence de nuages à partir d'un radiosondage. Comprendre la formation des précipitations. Comprendre les processus et équilibres radiatifs et thermodynamiques planétaires. Appréhender les principaux modes de la circulation planétaire en relation avec les équilibres énergétiques. Pré requis Eléments de thermodynamique au programme de la licence de physique. Structure et composition de l'atmosphère, thermodynamique de l'air atmosphérique, processus de condensation, stabilité/instabilité verticale, formation des nuages, formation des précipitations. Rayonnement et thermodynamique atmosphériques, application climatique. Circulation méridienne moyenne, vent géostrophique, vent thermique, approximation quasi-géostrophique, modèle de Held et Hou de la circulation de Hadley, circulation des latitudes moyennes. Ouvrages Conseillés Malardel S., Fondamentaux de météorologie ; à l école du temps, Cépaduès Editions. Stull, R. B., Meteorology for Scientists and Engineers, Thomson Learning. Triplet, J. P. et G. Roche, Météorologie Générale, Météo France 6 Semestre 7
EM7TAOE2 METEOROLOGIE DYNAMIQUE ET TURBULENCE Responsable : Dominique Lambert Email : dominique.lambert@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 58 5 24 24 0 Acquisition des bases de Météorologie Dynamique à l échelle synoptique et à plus fine échelle. Préparation à l épreuve de Météorologie du concours d'ingénieur des Travaux de la Météorologie. Pré requis Les bases de physique de niveau Licence 3 sont recommandées pour suivre ce module dans de bonnes conditions. Les bases de la météorologie dynamique, les champs de variables, coordonnées verticales généralisées. Equations de base du mouvement atmosphérique, approximation hydrostatique, équilibre géostrophique, vent thermique. Atmosphère barotrope, barocline. Circulation, tourbillon, ondes de Rossby. Equations de base de la Couche Limite Atmosphérique, approximation de Boussinesq, C.L.A. neutre ; spirale d Ekman ; couche de surface ; équations aux fluctuations ; nombre de Richardson ; longueur de Monin-Obukhov ; énergie cinétique turbulente. Ouvrages Conseillés Holton J. R., An introduction to dynamic meteorology, Academic Press Malardel S., Fondamentaux de météorologie ; à l école du temps, Cépaduès Ed. Bougeault P. & R. Sadourny, Dynamique de l atmosphère et de l océan, Les éditions de l Ecole Polytechnique Stull R. B., An introduction to Boundary Layer Meteorology, Kluwer Academic Publishers Semestre 7 7
EM7TAOE3 METEOROLOGIE PRATIQUE Responsable : Sylvain Coquillat Email : sylvain.coquillat@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 56 1 12 Pratique de la météorologie par l étude de phénomènes météorologiques illustrés par des cas récents. Présentations orales. Pré requis Lecture de cartes météorologiques, connaissance du concept de vent géostrophique, connaissance de paramètres thermodynamiques typiques de la météorologie (e.g. température potentielle ), notions apprises dans le cadre des modules de Météorologie Générale et de Météorologie Dynamique et Turbulence, et mises en pratique dans cet exercice d'analyse. Analyse d'événements météorologiques aux échelles continentales, régionales et locales réalisée par les étudiants en trinômes, avec présentation orale avec support vidéo à toute la promotion, suivie d'une période de questions/réponses entre étudiants. Ouvrages Conseillés Malardel S., Fondamentaux de météorologie ; à l école du temps, Cépaduès Editions. Stull, R. B., Meteorology for Scientists and Engineers, Thomson Learning. Triplet, J. P. et G. Roche, Météorologie Générale, Météo France 8 Semestre 7
EM7PYFF1 EM7TAOB1 MECANIQUE DES FLUIDES Responsable : Francis Auclair Email : francis.auclair@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 75 4,5 24 24 6 Approche macroscopique du milieu fluide. Analyser, interpréter et modéliser des écoulements compressibles de fluides visqueux Newtoniens dans un référentiel Galiléen et dans un référentiel en rotation uniforme. Pré requis Mécanique du point Thermodynamique classique Mathématiques : équations différentielles, opérateurs vectoriels... 1. Approche macroscopique du milieu fluide, notion de diffusion moléculaire. 2. Cinématique et dynamique des écoulements compressibles de fluides visqueux Newtoniens: équations de Navier-Stokes dans un référentiel Galiléen, généralisation à un référentiel en rotation uniforme, principales classes d hypothèses simplificatrices. 3. Thermodynamique des écoulements fluides et équation de la chaleur. 4. Principales instabilités (Kelvin-Helmholtz, Rayleigh-Bénard, barotrope et barocline ). 5. Notion de turbulence. Approches phénoménologique et statistique de la turbulence. Cas homogène et isotrope, spectre de Kolmogorov. 6. Notions de couches limites laminaire et turbulente. 7. Lien avec la «Thermodynamique Hors Equilibre» et la «Physique Non Linéaire» autour de l instabilité de Rayleigh-Bénard et du système de Lorenz. Ouvrages Conseillés Guyon E., J.P. Hulin & L. Petit : Hydrodynamique Physique. CNRS Editions, EDP Sciences, 674 pp. 2001 B.U. (UPS) Semestre 7 9
EM7PYFF2 THERMODYNAMIQUE HORS EQUILIBRE Responsable : Richard Fournier Email : richard.fournier@laplace.univ-tlse.fr 05 61 55 60 03 3 12 12 Capacité à distinguer les modèles microscopiques (déterministes), mésoscopiques (statistiques) et macroscopiques. Manipulation des outils formels du transport linéaire. Connaissance des sous-bassements statistiques de la dynamique des fluides. Théorie du transport (équation de Boltzmann) ; rayonnement : équation de transfert radiatif en milieu absorbant et diffusant, application au rayonnement thermique ; approches macroscopiques ; dynamique des gaz ; approche mésoscopique de la viscosité. 10 Semestre 7
EM7PYFG1 PHYSIQUE NUMÉRIQUE ET PROJET SUR ORDINATEUR Responsable : Hervé Hoyet Email : herve.hoyet@univ-tlse3.fr 05 61 55 68 18 5 48h00 Introduire la programmation en langage C a un niveau élémentaire pour les étudiants n'ayant jamais programmés. Approfondissement du langage pour les étudiants ayant déjà des bases de programmation en C. Introduire les rudiments des méthodes numériques par différences finies et des méthodes de Monte-Carlo Faire que les étudiants soient capables de mettre en application ces connaissances dans le cadre d'un projet. L'enseignement est réalisé dans un cadre Cours/TD/TP intégrés. Prérequis Niveau de mathématique de niveau usuel en Licence de Physique Niveau élémentaire en algorithmique Mots Clefs : Système d'exploitation UNIX/LINUX, langages (C, Fortran et Matlab); Equations et systèmes d'équations; Interpolation; Régressions; Intégration numérique; Equations différentielles ordinaires; Equations aux dérivées partielles; Transformée de Fourier discrète; Dynamique moléculaire; Dynamique brownienne; Méthodes de Monte-Carlo; Mise en applications dans des projets. Ouvrages Conseillés Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing Third Edition (2007), 1256 pp. Cambridge University Press ISBN-10: 0521880688 Numerical Recipes: (2nd Edition) Méthode de calcul numérique, J-P Nougier, Masson S.A, 1989. Langage C, Claude Delannoy, Eyrolles, Collection Best of, aout 2002 Programmer en langage C, Claude Delannoy, Eyrolles,Collection Noire, juin 2014 Semestre 7 11
EM7PYFE1 PHYSIQUE NON LINEAIRE Responsable : Klaus Frahm Email : frahm@irsamc.ups-tlse.fr 05 6155 7663 4.5 24 16 8 Donner une formation sur les effets des termes non linéaires dans les systèmes dynamiques (continus ou discrets) rencontrés dans de nombreux exemples de la Physique moderne. Pré requis Maîtrise des techniques de calcul standard pour une formation de Physique en niveau master, notamment: techniques de résolution des équations différentielles (séparations de variables, variation de la constante), calcul matriciel et vectoriel, valeurs et vecteurs propre de matrices, diagonalisation de matrices. Des connaissances en Mécanique Analytique (Mécanique du point), sur les Systèmes hamiltoniens et dans les domaines de la Physique liés aux applications (comme par exemple les circuits électriques pour l'oscillateur de Van der Pol, les circuits électriques pour l'oscillateur de Van der Pol) sont utiles. 1. Illustration des effets des termes non-linéaires avec une discussion qualitative de certains exemples : système de Lorenz, réaction chimique de Bélousov-Zhabotinsky, application logistique, Oscillateur de Van der Pol,... 2. Bases : systèmes dynamiques différentiels : transformation vers un système d'ordre 1, coordonnées polaires, espaces de phases, portrait de phase, systèmes conservatifs et dissipatifs, notion de flot, classification des systèmes linéaires (en 2 dimensions), systèmes hamiltoniens. 3. Point Fixe et linéarisation, stabilité linéaire, discussions d'exemples (Lotka Volterra, particule dans un potentiel). 4. Hyperbolicité et validité de la linéarisation au voisinage des points fixes, notion des variétés stables et instables, exemples avec modification qualitative de la dynamique par des termes non-linéaires pour les points fixes non-hyperboliques. 5. Cycles limites: exemples (Van der Pol), Théorème de Poincaré Bendixson, stabilité linéaire d'un cycle limite, approche perturbatif simple (en TD). 6. Applications discrètes et lien avec orbites périodiques, notion de points fixes, points périodiques, critère de stabilité aux valeurs propres de la matrice Jacobienne pour les applications section de Poincaré, exemples (application standard de Chirikov, application logistique). 12 Semestre 7
7. Bifurcations, stabilité structurelle, classification des bifurcations pour les points fixes : bifurcation nœud col, transcritique, fourche, Hopf, sous-harmonique. 8. Chaos temporel et systèmes dissipatifs, attracteurs étranges, ensembles fractales, dimensions de Hausdorff, sensibilité aux conditions initiales, exposant de Lyapunov, revisite du système de Lorenz avec discussion de son attracteur chaotique, applications chaotiques simples, route vers le chaos : cascade sousharmonique, intermittences, quasi-périodicité. Mots-clés : Systèmes dynamiques non linéaires, points fixes, stabilité, cycles limites, hyperbolicité, applications discrètes, Bifurcations, systèmes chaotiques, dimension fractale, attracteur Ouvrages Conseillés Le cours sera disponible sous forme de pdf sur moodle tout comme une annexe mathématique pour la remise à niveau. Sinon les ouvrages suivants sont conseillés : P. Glendinning: Stability, instability and chaos: an introduction to the theory of nonlinear differential equations, Cambridge Texts in applied mathematics P. Berge, Y. Pomeau, C. Vidal: L'ordre dans le chaos, Hermann: Editeurs des Sciences et des Arts. Semestre 7 13
EM7TAODM INSTRUMENTATION Responsable : Sandrine Bottinelli Email : sbottinelli@irap.omp.eu 05 61 55 66 95 2 1 0 21 Maîtrise des bases du langage de programmation graphique LabVIEW. Configuration de l'acquisition et/ou du pilotage, et traitement de données. Exploitation de LabVIEW pour (i) contrôler une carte d'acquisition multifonctions (entrées/sorties), et (ii) piloter des instruments (GBF, oscilloscope) via le port GPIB. Analyse de diagrammes LabVIEW (actions à réaliser) et des faces-avant associées (interface utilisateur). Pré requis Les bases de physique de niveau Licence 3, notamment la transformée de Fourier et le théorème de Shannon, sont recommandées pour suivre ce module dans de bonnes conditions. - Initiation au logiciel LabVIEW - Acquisition et génération de données par carte DAQ - Pilotage d'instruments par liaison GPIB - Applications : expériences de mesures physiques (mesure de la position d un mobile ultrason, réponse harmonique d'un filtre) Ouvrages Conseillés - Cottet, F., & Pinard, M., «LabVIEW», Dunod - Travis, J. & Kring, J., «LabVIEW for everyone», Prentice Hall 14 Semestre 7
Semestre 8 Durée : 10 semaines + stage RESUME DU S8 MODULES EM8TAOA1 Pollution atmosphérique 3 20 20 0 EM8TAOA2 Physique de la biosphère et télédétection 3 20 8 12 EM8TAOB1 Processus chimiques et biologiques dans l environnement 1,5 10 10 0 EM8TAOB2 Physique de l océan 4,5 32 20 4 EM8TAOB3 Chimie marine 3 18 18 0 EM8TAOC1 Enseignement de terrain atmosphère 1,5 18 terrain EM8TAOC2 Enseignement de terrain océan 1,5 18 terrain EM8TAODM Projet personnel et professionnel 0,5 6 0 0 EM8TAOE1 EM8TAOE2 Projet modélisation atmosphère océan 2,5 0 0 12 + 50 (projet) EM8TAOFM Stage en laboratoire ou en entreprise 3 2 mois EM8TAOGM Anglais 3 0 24 0 EM8TAOHM Ouverture 3 0 24 0 Semestre 8 15
EM8TAOA1 POLLUTION ATMOSPHERIQUE Responsable : Dominique Serça Email : dominique.serca@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 04 3 20 20 Equipe enseignante de l UE : SAUVAGE Bastien (bastien.sauvage@aero.obs-mip.fr), PONT Véronique (veronique.pont@aero.obs-mip.fr), SERÇA Dominique (dominique.serca@aero.obs-mip.fr) Connaissance des grands phénomènes de pollution. Identification et analyse des situations de pollutions gazeuses et particulaires, des échelles locales à globales. Analyse et interprétation de données expérimentales abordées en TD sur ordinateur. Lien vers le TP sur la combustion de la biomasse (CRA). Introduction générale à l'atmosphère, couche limite polluée, pollution à différentes échelles, évolution et surveillance de la pollution, mesures de télédétection satellitaire de gaz trace dans la troposphère. Ouvrages Conseillés Physique et Chimie de l'atmosphère, Delmas R., Megie G., Peuch V.H, Ed. Belin, 2005 Les pollutions de l'air, J. Fontan, Ed. Vuibert, 2004 Pollution atmosphérique. Des processus à la modélisation, B. Sportisse, Ed. Springer, 2008. 16 Semestre 8
EM8TAOA2 PHYSIQUE DE LA BIOSPHERE ET TELEDETECTION Responsable : Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry Email : jean-philippe.gastellu@cesbio.cnes.fr 05 61 55 61 30 3 20 8 12 Acquérir les bases physiques de la mesure satellite et du bilan radiatif des surfaces terrestres : éclairement, émittance, luminance, réflectance / émissivité / température de brillance directionnelles, coefficients de rétrodiffusion, hot spot, constitution d'image numérique en termes de luminance, Principes physiques et traitements des mesures de quantités physiques (contenu en eau du sol) et biophysiques (NDVI, LAI, ) Pré requis Physique et mathématique générales: puissance, angle solide, - Physique de la télédétection spatiale et du bilan radiatif des surfaces continentales, avec en particulier les mécanismes d'interception, d'absorption, de diffusion et d'émission par l'atmosphère et les surfaces terrestres - Quantités radiométriques : luminance, réflectance, émissivité, température de brillance, éclairement, émittance, - Variabilités spectrale, directionnelle et temporelle des quantités radiométriques et donc des mesures satellites et du bilan radiatif. - Manipulation des mesures de télédétection (réflectance, température, ) et du bilan radiatif des surfaces terrestres (paysages naturels et urbains) via un modèle 3D (modèle DART) de simulation de la propagation des ondes. Ce modèle, actuellement distribué par l'université Paul Sabatier sous forme de licenses (NASA, CNES,..) sera mis en œuvre dans le cadre de travaux pratiques réalisés sur ordinateur. Il permettra de manipuler les notions introduites en cours. - Manipulation de données de terrain (rayonnement, humidité du sol, etc ) Ouvrages Conseillés Tutoriel: Notions fondamentales de télédétection (très complet) http://www.rncan.gc.ca/sciences-terre/geomatique/imagerie-satellitaire-photos-aeriennes/imageriesatellitaire-produits/ressources-educatives/9310 Introduction générale à la Télédétection: http://www.ese.u-psud.fr/img/pdf/doc_cours_teledec.pdf Précis de télédétection Volume 1 : Principes et Méthodes. BONN F. et ROCHON G. Presses de l'université du Québec/AUPELF, 1992 La télédétection aérospatiale : une introduction. http://www.geographie.ens.fr/img/file/kergomard/teledetection/cteledetection.pdf Semestre 8 17
EM8TAOB1 PROCESSUS CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES DANS L ENVIRONNEMENT Responsable : Pieter Van Beek Email téléphone Acquisition de notions de base en biologie et chimie. Notions simples sur le fonctionnement du vivant. Origine de la vie, molécules essentielles à la vie, cellules vivantes (autotrophes, hétérotrophes), photosynthèse, respiration, cofacteurs et éléments limitants. 1) Origine de la vie sur la terre. 2) Impact de la biologie sur la distribution des éléments chimiques dans l océan : les sels nutritifs ; le rapport de Redfield ; l oxygène - Utilisation Apparente d oxygène ; le carbone inorganique. 3) La matière organique : origine de la matière organique ; structures cellulaires (eucaryotes, procaryotes) ; molécules essentielles à la vie. 4) L autotrophie : la photosynthèse ; les pigments photosynthétiques ; cycle de Calvin-Benson (C3) ; voie de Hatch/Slack (C4) ; méthodes de mesure de la biomasse et de la production ; le métabolisme de l azote ; les enzymes et les cofacteurs d enzymes ; exemple du fer, élément limitant dans les régions HNLC. 5) L hétérotrophie : chimiosynthèse et respirations. 18 Semestre 8
EM8TAOB2 PHYSIQUE DE L OCEAN Responsable : Isabelle Dadou Email : Isabelle.Dadou@legos.obs-mip.fr 05 61 33 29 54 4,5 32 20 4 Equipe enseignante de l UE : BIROL Florence (Florence.Birol@legos.obs-mip.fr), DADOU Isabelle (Isabelle.Dadou@legos.obs-mip.fr), HALL Nick (Nick.Hall@legos.obs-mip.fr) Acquisition de connaissances sur : les propriétés de base de l océan en Physique, le rôle de l atmosphère comme forçage de la circulation océanique, la circulation de surface et de fond de l océan, les différents processus de mélange, les premières théories en océanographie physique (Ekman, Géostrophie), et les modèles simplifiés. Notions sur les différents types d ondes dans l océan, ainsi que les techniques de mesure (in situ et spatiales). Savoir faire des calculs de base en physique (vitesse, bilan, flux, coefficient de mélange ). Pré requis Les bases de physique de niveau Licence 3 sont recommandées pour suivre ce module dans de bonnes conditions. Contenu du module (mots clés) : Propriétés en température, salinité, masse volumique et courants de l'océan, masses d'eau, forçages atmosphériques, couche de mélange, circulation thermohaline, convection, mouvement inertiel, transports d'ekman, upwelling côtier, pompage d'ekman, courants géostrophiques, circulation océanique à grande échelle (modèles de Svedrup, Stommel, Munk), modèle Shallow-Water, ondes de gravité, ondes de Kelvin, ondes internes, marée, instruments et programmes de mesure de l océan. Détails : de l océan et thermodynamique de l océan 1) des océans Liens entre océan et climat Intérêt de l océanographie physique : géographie des océans ; description de la circulation de surface et lien avec la distribution des vents à la surface de l océan (ex : dans différents océans) ; propriétés de l océan en température et salinité (description en 3D) ; océan et climat (transport de chaleur dans l océan, comparaison avec l atmosphère). 2) Propriétés de l eau de mer importantes pour l océanographie physique : l eau de mer ; concept de salinité ; conductivité électrique ; pression profondeur ; température ; densité ; pénétration de la lumière ; couleur de l eau. 3) Masses d eau et circulation thermohaline : traceurs conservatifs et non conservatifs ; diagramme T-S ; notion de masse d eau et principales masses d eau dans l océan ; processus de mélange. 4) Forçages de la circulation thermohaline : échanges d eau douce ; exemple : bilan de masse et de sel dans la mer Méditerranée ; bilan de chaleur à l interface océan-atmosphère ; bilan de chaleur dans l océan ; relation entre la température de l océan et le flux de chaleur de surface ; estimation directe et indirecte du transport de chaleur océanique. 5) Circulation thermohaline et structure verticale de l océan : couche de mélange ; subduction et ventilation Semestre 8 19
de la thermocline permanente ; subduction des eaux modales ; convection profonde (exemple : expérimentation dans un bassin avec une stratification et refroidissement en surface). 6) Une technique de mesure des courants et de la variabilité de l océan depuis l espace : l altimétrie - Introduction à la géostrophie et à la variabilité océanique : principe de la mesure altimétrique ; exemples (TD numérique) ; détermination de courant géostrophique à partir de l altimétrie ; variabilité océanique ; exemple d une interaction océan atmosphère : Southern Oscillation (SO) : El Nino/ La Nina. Initiation à la dynamique océanique 1) Introduction : à quoi sert l océanographie physique? Rappels et concepts physiques. Forces mises en oeuvre. 2) Les équations générales : équation de continuité ; équation de conservation de la chaleur ; équation d état ; équations du mouvement ; approximation de Boussinesq et application aux lois de conservation; conditions aux limites. 3) Processus de mélange : l océan : un milieu turbulent ; application : le mélange dans l océan ; concepts de stabilité et double diffusion. 4) Réponse au forçage par le vent : mouvement inertiel ; les courants d Ekman; le transport d Ekman ; application de la théorie d Ekman ; le pompage d Ekman. 5) Mouvements géostrophiques : l équilibre hydrostatique ; la géostrophie ; influence de la stratification; topographie dynamique et hauteur stérique ; application : calcul de courants géostrophiques par altimétrie et par hydrographie ; conditions barotropes et conditions baroclines ; modèle à 2 couches. 6) Modèles de circulation générale: un modèle simple de circulation ; modèle de Sverdrup ; théorie de Stommel ; solution de Munk ; application au cas de l Atlantique Nord ; théories sur la circulation de l océan profond. 7) Techniques et programmes d observation : les plateformes d observations ; instruments de mesures ; grands programmes nationaux et internationaux. Ondes et Marées 1) Définition et caractérisation des ondes. 2) Ondes de surface 3) Ondes de shallow-water et océan profond 4) Dispersion et réfraction Ondes internes. Ondes de gravité inertielles Ondes de Kelvin Ondes de Rossby 6) La marée à l équilibre. 7) La marée hors équilibre. Ouvrages Conseillés 1) Tomczak, Matthias & J Stuart Godfrey: Regional Oceanography: an Introduction 2) Colling Angela, Open University, Milton Keynes, GB : Ocean Circulation Edition : Oxford, Butterworth-Heinemann, Milton Keynes, Open University, 2001 3) Stewart Robert Introduction to physical Oceanography Department of Oceanography, Texas A&M University 4) Cushman-Roisin and Beckers : Introduction to Geophysical Fluid Dynamics: Physical and Numerical Aspects, Academic press 5) J-F Minster : La machine océan par, Edition Flammarion (Nouvelle Bibliothèque Scientifique) 6) Océan et atmosphère, Sciences de l Univers, Collection Synapses, Hachette Education 20 Semestre 8
EM8TAOB3 CHIMIE MARINE Responsable : Isabelle Dadou Email : Isabelle.Dadou@legos.obs-mip.fr 05 61 33 29 54 3 18 18 Equipe enseignante de l UE : DADOU Isabelle (Isabelle.Dadou@legos.obs-mip.fr), VAN BEEK Pieter (Pieter.Van-Beek@legos.obs-mip.fr) Acquisition de connaissances sur les échanges de gaz entre l air et l eau, la matière organique et ses transformations (depuis sa formation dans les couches de surface de l océan jusqu à son enfouissement dans les sédiments), les cycles biogéochimiques dans l océan, les outils géochimiques pour étudier la circulation océanique et processus dans l océan, l importance de l océan pour le contrôle des gaz à effets de serre et du climat.savoir faire des calculs de base en chimie marine (pression partielle, concentration, bilan, flux ). Pré requis Les bases de chimie de niveau Licence 2 ou/et de niveau Licence 3 sont recommandées pour suivre ce module dans de bonnes conditions. Contenu du module (mots clés) : Composition chimique de l'océan, productions (primaire, régénérée, exportée), échanges de gaz à l'interface océan-atmosphère et solubilité des gaz, devenir de la matière organique (dissous, particulaire), reminéralisation, diagénèse, cycles du carbone et de l'azote, traceurs géochimiques. Détails : 1) Introduction Eléments de base : composition chimique de l océan ; distributions horizontales/verticales des éléments chimiques ; contrôle par la biologie : production primaire/reminéralisation ; production de matière organique : production primaire Impact de la dynamique physique ; principaux mécanismes de mélanges horizontaux et verticaux. 2) Modèle en boite et formalisme : concept de modèle en boite ; quelques définitions : flux, source, puits, budget, temps de résidence ; exemples. 3) Echanges de gaz à l interface Océan - Atmosphère et solubilité des gaz : loi de Dalton des pressions partielles ; solubilité des gaz ; taux d échange entre l air et l eau. 4) Devenir des particules dans l océan : dynamique des particules dans la colonne d eau ; reminéralisation ; enfouissement dans les sédiments, diagenèse ; techniques d échantillonnage en océanographie. 5) Cycle de l azote dans l océan : pourquoi étudier ce cycle? Principaux composés azotés et principales transformations ; distributions spatiales ; processus physiques et biologiques importants pour ce cycle dans l océan Production primaire production nouvelle production régénérée. 6) Cycle du carbone dans l océan : pourquoi étudier ce cycle? Le CO 2 provenant de l atmosphère ; concentration moyenne du CO 2 et variations spatiales et temporelles dans l océan ; différentes espèces Semestre 8 21
chimiques et biologiques du carbone dans l océan ; les différents processus (chimique, biologique et thermodynamique) importants dans ce cycle. 7) Les traceurs géochimiques : perturbations anthropiques des cycles biogéochimiques ; utilisation des traceurs dans l étude des processus biogéochimiques et de la circulation océanique ; le tritium ; les CFCs ; le carbone-14 naturel et anthropique ; 8) Introduction à la paléocéanographie : enregistrements sédimentaires et glaciaires ; théorie astronomique des climats. Ouvrages Conseillés 1) J-F Minster : La machine océan par, Edition Flammarion (Nouvelle Bibliothèque Scientifique) 2) Océan et atmosphère, Sciences de l Univers, Collection Synapses, Hachette Education 3) Chimie de l eau de Mer par Gérard Copin-Montegut, Institut océanographique. 4) Géochimie marine : circulation océanique, cycle du carbone et changement climatique -- Matthieu Roy- Barman & Catherine Jeandel, Paris, Vuibert, Société géologique de France. 22 Semestre 8
EM8TAOC1 ENSEIGNEMENT DE TERRAIN ATMOSPHERE Responsable : Dominique Lambert Email : dominique.lambert@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 58 TERRAIN 1,5 18 Equipe enseignante de l UE : COQUILLAT Sylvain (sylvain.coquillat@aero.obs-mip.fr), JAMBERT Corinne (corinne.jambert@aero.obs-mip.fr), LAMBERT Dominique (dominique.lambert@aero.obs-mip.fr), LOHOU Fabienne (fabienne.lohou@aero.obs-mip.fr), PONT Véronique (veronique.pont@aero.obs-mip.fr), SERÇA Dominique (dominique.serca@aero.obs-mip.fr) Mise en pratique sur le terrain des connaissances théoriques. Confrontation et adaptation aux difficultés du terrain. Pré requis Connaissances théoriques acquises dans les autres modules. Bilan d'énergie à la surface, combustion des végétaux et qualité de l'air, sondage atmosphérique. Semestre 8 23
EM8TAOC2 ENSEIGNEMENT DE TERRAIN OCEAN Responsable : Isabelle Dadou et Co-responsable : Pieter Van Beek Email : Isabelle.Dadou@legos.obs-mip.fr 05 61 33 29 54 TERRAIN 1,5 18 Equipe enseignante de l UE : BIROL Florence (Florence.Birol@legos.obs-mip.fr), DADOU Isabelle (Isabelle.Dadou@legos.obs-mip.fr), HALL Nick (Nick.Hall@legos.obs-mip.fr), ULSES Caroline (caroline.ulses@aero.obs-mip.fr), Pieter VAN BEEK (Pieter.Van-Beek@legos.obs-mip.fr) Découverte du travail en mer et en laboratoire (instruments de mesure, techniques de prélèvement et d analyses) ; utilisation et interprétation de données océanographiques, en conjonction avec des sorties de modèle dans la zone d étude. Pré requis Connaissances théoriques acquises au semestre 8 en océanographie. Contenu du module (mots clés) : Méthodes de prélèvement en océanographie, CTD, bouteilles Niskin (rosette), masse volumique, vitesses géostrophique et Ekman, dosages de l'oxygène dissous et de la chlorophylle, plancton. Détails : 1) Mesure de température, de salinité et pression 2) Calcul de la masse volumique de l eau de mer : calcul de vitesses géostrophiques 3) Calcul de vitesse de surface d Ekman à partir de données de vents 4) Mesure de l oxygène dissous 5) Mesure des concentrations en chlorophylle 6) Observation du plancton 7) Interprétation des mesures faites au large de la Baie de Banyuls pendant ce stage et comparaison avec des sorties de modèle océanique et base de données de station marine dans la même zone d étude. 24 Semestre 8
EM8TAODM PROJET PERSONNEL ET PROFESSIONNEL Responsable : Dominique Lambert Email : dominique.lambert@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 58 0,5 6 0 0 Recherche d informations (interviews, internet ) en lien avec le projet professionnel de l étudiant. Présentation orale des recherches. Présentation de l environnement professionnel associé aux thématiques de la formation. Travail de recherche d informations sur les laboratoires et sociétés potentiellement susceptibles de pouvoir intéresser les étudiants pour un projet ou un stage (en M1 ou en M2). Présentation orale. Semestre 8 25
EM8TAOE1 EM8TAOE2 PROJET MODELISATION ATMOSPHERE OCEAN Responsable : Dominique Lambert Email : dominique.lambert@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 58 PROJET 2,5 0 0 12 50 Notions sur les modèles hydrodynamiques océaniques, atmosphériques et climatiques. Notion de résolution numérique et d assimilation pour ces modèles. Notions sur le savoir faire mondial en modélisation océan atmosphère - climat. Projet sur ordinateur; méthodes numériques; utilisation des modèles actuels de recherche en Physique de l'atmosphère (MESO-NH) et de l'océan (SYMPHONIE). 26 Semestre 8
EM8TAOFM STAGE EN LABORATOIRE OU EN ENTREPRISE Responsable : Dominique Lambert Email : dominique.lambert@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 58 STAGE 3 0 0 0 2 mois Travail bibliographique. Informatique scientifique et bureautique (rapport écrit). Présentation orale des résultats. Pré requis Connaissances théoriques acquises pendant l année. Stage en laboratoire ou en entreprise. Semestre 8 27
EM8TAOHM OUVERTURE Responsable : Dominique Lambert Email : dominique.lambert@aero.obs-mip.fr 05 61 33 27 58 PROJET 3 24 Le module d ouverture est couplé avec le module de stage (voir ci-dessus) 28 Semestre 8
EM8TAOGM LANGUES / ANGLAIS Responsable : Philippe Murillo Email : philippe.murillo@univ-tlse3.fr 05 61 55 74 95 3 24 Compréhension écrite et orale de documents en anglais général et scientifique. Rédaction CV et lettre de motivation. Présentation orale en anglais. Anglais général et scientifique. Semestre 8 29