EOST - Ecole d'ingénieurs en géophysique
Enseignements de 1ère année
1er semestre : 9 UE communes
2ème semestre : 8 UE communes + 2 UE optionnelles + Stage de Géologie
Projet informatique annuel
MATHEMATIQUES
Le cours est composé de trois parties: le calcul tensoriel, les fonctions spéciales et les statistiques.
La première partie introduit les notions de tenseur, de coordonnées curvilignes et d’opérateurs différentiels en coordonnées curvilignes.
Une bonne compréhension du calcul tensoriel est fondamentale en vue de son utilisation en mécanique des milieux continus, notamment.
La deuxième partie du cours concerne principalement les fonctions de Bessel, les polynômes de Legendre, les fonctions de Legendre associées et les harmoniques sphériques.
Ces fonctions spéciales, dont nous établirons certaines propriétés, apparaissent lorsque l’équation de Laplace est résolue en coordonnées cylindriques ou en coordonnées sphériques par séparation des variables.
Elles sont fréquemment utilisées en théorie du potentiel, donc en géomagnétisme, pesanteur, etc.
La troisième partie est une brève introduction aux probabilités et aux statistiques. Celles-ci seront utiles, en particulier, lorsque seront étudiées les méthodes inverses.
Les travaux dirigés comprennent des applications de la matière vue en cours.
INFORMATIQUE
Cet enseignement a pour objectif d'acquérir les connaissances
nécessaires pour élaborer et écrire un programme en C.
Les travaux pratiques permettront de mettre en oeuvre les différentes
notions abordées en cours :
syntaxe, déroulement d'un programme, définition et appel de fonctions,
méthodes de stockage des données, méthodes de développement,
utilisation des fonctions de la bibliothèque standard.
Contenu du cours :
- Concepts du langage C et organisation d'un programme
- Les instructions de contrôle (instruction, alternatives, cas et itératives)
- les expressions ; opérandes, opérateurs et types de données
- les fonctions et les passages de paramètres, les classes de stockages, la visibilité des variables, les types
- le stockage des données - pointeurs - tableaux - structures - liste chaînée ... - l'allocation et la libération de mémoire
- le préprocesseur C et ses directives
- les fonctions de la bibliothèque standard (gestion de fichiers - de chaînes de caractères - de mémoire - le temps - les signaux, etc...)
MECANIQUE DES MILIEUX CONTINUS
Objectif :
Après avoir introduit la notion de loi de comportement pour les matériaux terrestres à l’aide de modèles unidirectionnels,
on aborde les notions de contrainte, de déformation, et de taux de déformation.
Les lois de conservation sont ensuite introduites brièvement. Puis les lois de l’élasticité sont présentées et des exemples de problèmes utiles traités.
On s’intéresse enfin aux fluides parfaits (sans frottement) puis aux liquides de Newton et aux équations de Navier-Stokes.
Contenu du cours :
- Rhéologie unidirectionnelle : Solide de Hooke et liquide de Newton, corps visco-élastiques de types solide et de types fluide ;
Notion de seuil (corps de Saint Venant) et son application soit pour la plasticité soit pour les lois de frottement statique et dynamique.
- Forces et contraintes, cercles de Mohr, conditions d’équilibre.
- Repères de Lagrange et d’Euler, gradient de déformation et gradient de déplacement ; décomposition polaire du gradient de déformation,
tenseurs d’allongement, tenseur de déformation et sa linéarisation; tenseurs taux de déformation et vortex, circulation du vecteur vitesse.
- Lois du mouvement ; lois de conservation de l’énergie.
- Loi de Hooke pour les corps isotropes et équations de Navier, exemples simples de problèmes d’élasticité (introduction à la théorie des poutres, ondes planes).
Fonction densité d’énergie de déformation élastique et corps anisotropes. Théorèmes de l’élastostatique. Solutions de problèmes 2D par les fonctions de Airy.
- Introduction à la mécanique des fluides : mouvements de particules, écoulements à volume constant, équation de continuité,
écoulements laminaires et écoulements turbulents, Lois de comportement des fluides et lois de Navier-Stokes.
Les illustrations et applications sont tirées de la géomécanique : contraintes dans l’écorce terrestre et sur les failles ; déformation différée des échantillons de roche,
calcul des contraintes et des déplacements pour certains essais de laboratoire et in situ.
Contenu des TD/TP :
Exercices sur les nouveaux concepts introduits en cours : aspect mathématique (calcul indiciel), contraintes (cisaillement, contraintes et directions principales,
ellipsoïde des contraintes, cercle de Mohr), déformations (déformations et directions principales, déviateur, invariants), mesure des déformations, équation d’équilibre,
conditions aux limites, loi de Hooke.
Exercices d'application de la théorie vue en cours: rhéologie, problème de Boussinesq, flexion de plaques minces, problème de déformation plane et
quelques applications simples de la mécanique des fluides.
PHYSIQUE DE LA TERRE
Le cours a pour but d’appliquer les théories de la physique à l’étude de la Terre: gravitation, mécanique des corps rigides,
mécanique des milieux continus, électromagnétisme, thermodynamique...
Parmi les sujets abordés, citons :
le potentiel de gravité et la forme de la Terre, les marées terrestres, la précession des équinoxes, les nutations forcées, la nutation eulérienne, les variations de la longueur du jour
l’état thermique de la Terre (profil de température et transferts de chaleur)
le champ magnétique terrestre.
Les travaux dirigés comprennent des applications de la matière vue en cours.
TECTONIQUE
Cette UE concerne l'étude des processus physiques (mécanique et rhéologie) et de la géométrie des structures de déformation, à l’échelle de la lithosphère.
Les différents systèmes tectoniques (rifts, marges passives, dorsales, subductions, chaînes des montagnes, systèmes post-orogéniques) sont présentés à partir
des résultats de l’analyse des données de géologie et de géophysique.
Les compétences qui seront acquises dans cette UE de tectonique sont :
- savoir décrire, analyser et interpréter des données de géologie et géophysique,
- connaître les concepts et les modèles qui expliquent les processus physiques et rhéologiques contrôlant la déformation de la lithosphère,
- savoir aller de l’observation et description des objets tectoniques, à la compréhension des processus tectoniques,
- faire le lien entre observations et processus physiques (mécanique et rhéologie),
- caractériser la géométrie des structures à différentes l’échelles.
ECONOMIE INDUSTRIELLE I
Ce cours se veut une introduction à la théorie microéconomique et à ses implications en termes d’économie industrielle.
Dans une première partie, l'analyse se situe au niveau de l'entreprise.
Le cours s'attache à caractériser des types de technologies employées par les entreprises concurrentielles pour produire.
Chaque technologie engendrant des structures de coût différentes, une analyse des courbes de coût s'avère nécessaire.
Enfin, la maximisation du profit permet une analyse de la fonction d'offre de l'entreprise concurrentielle.
Dans une seconde partie, le cours se concentre sur l'analyse des structures de marché.
Nous traiterons dans un premier temps le modèle de concurrence parfaite et nous comparerons, dans un second temps,
ses performances économiques à différents modèles de concurrence imparfaite (tels que monopole, oligopole, ou concurrence monopolistique).
Le cours s’appuiera sur de nombreux exemples et expériences (« jeu de marché », etc.). Il comprendra 6 chapitres organisés en 2 parties :
I. Le producteur
- 1. La fonction de production
- 2. La fonction de coût
- 3. La fonction d’offre
II. Les structures de marché
- 4. La concurrence pure et parfaite
- 5. Le monopole
- 6. L’oligopole
ANGLAIS
Objectif :
Améliorer les 4 compétences - compréhension et expression à l'oral
et à l'écrit.
Acquisition du savoir et du savoir-faire par moyen de textes écrits et
enregistrements sonores et vidéos - matériel choisi en fonction de son
intérêt général et scientifique.
Travail en petits groupes. Préparation d'un exposé oral noté. Le cours
est précédé par un stage intensif de 8 jours en début de semestre.
LANGUE VIVANTE 2
Au choix parmi: Allemand, Espagnol, Chinois, Japonais
MESURES GEOPHYSIQUES DE TERRAIN
Présentation d'instrumentation de terrain et d'observatoire, de
campagnes d'acquisition de données géophysiques, un aprés-midi par
semaine.
MATHEMATIQUES ET TRAITEMENT DU SIGNAL
- Variables complexes (7h):
Fonctions analytiques, singularités, intégration dans le plan
complexe, théorème de Cauchy, théorème des résidus,
application au calcul d'intégrales réelles.
- Théorie des distributions (7h):
Fonctions test, distributions régulières et singulières,
exemples et propriétés élémentaires: dérivation,
multiplication par des fonctions, transformée de Fourier,
représentation des discontinuités.
- Analyse de Fourier (10h):
Séries de Fourier, transformée de Fourier: définition,
exemples, propriétés. Applications au traitement du signal:
phénomène de Gibbs, apodisation, échantillonage, repliement
spectral, filtrage.
INFORMATIQUE
Présentation du langage Fortran :
- Conventions d'écriture.
- Types de données, opérateurs.
- Gestion du déroulement d'un programme (instructions conditionnelles, boucles..).
- Utilisation de tableaux et chaînes de caractères.
- Utilisation de fonctions et subroutines, conventions de passage des paramètres.
- Appel de fonction fortran à partir du langage C et vice-versa.
ONDES SISMIQUES
Objectifs :
Introduire les méthodes de base d'analyse de la propagation des ondes élastiques en géophysique.
Contenu du cours:
- Propagation des fronts d'onde et temps de trajet en milieu homogène.
- Réflexion et réfraction des fronts d'onde plans et sphériques sur une interface plane, réflexion totale, onde conique.
- Propagation des fronts d'onde en milieu inhomogène, équation iconale, géométrie des rayons.
- Temps de trajet en milieu inhomogène : zone d'ombre, triplication.
- Equation des ondes acoustique et élastiques, ondes P et S, champ proche et lointain.
- Coefficients de réflexion et transmission des ondes planes harmoniques sur une interface plane.
- Interférences constructives et destructives dans une couche.
- Ondes guidées par la surface libre (Rayleigh) et dans une couche (Love), dispersion.
- Atténuation et coefficient de qualité.
- Ondes planes en milieu élastique finement stratifié, anisotropie.
Contenu des TD/TP :
Exercices d'application et introduction aux configurations expérimentales de la sismique.
GEODESIE PHYSIQUE
Le cours se divise en 8 chapitres
- 1 - Théorie du potentiel
1 – 1 – Attraction et potentiel.
1 – 2 – Potentiel d’un corps solide.
1 – 3 – Théorème de Gauss, équation de Laplace et de Poisson, équation de Laplace en coordonnées sphériques.
1 – 5 – Problèmes aux limites : problème de Dirichlet, problème de Neumann.
1 – 7 – Théorème de Stokes.
- 2 – Le champ de pesanteur de la Terre
2 – 1 – La pesanteur.
2 – 2 – Equipotentielle, géoïde, horizontale et verticale
2 – 3 – Le potentiel gravitationnel de la Terre décomposé en harmoniques sphériques.
- 3 – Pesanteur normale
3 – 1 – Ellipsoïde de référence, champ de pesanteur de l’ellipsoïde de référence, formule de Somigliana
3 – 2 – Développement du potentiel normal en harmoniques sphériques.
3 – 3 – Formule de Clairaut.
3 – 4 – Histoire numérique de l’ellipsoïde de référence.
- 4 – Anomalie de pesanteur
4 – 1 – Anomalie de pesanteur, ondulation du géoïde et déviation de la verticale, équation fondamentale de la gravimétrie, formule de Bruns, formule de Stokes
4 – 2 – Illustrations du 4 – 1 … Que peut-on dire sur la Terre interne à partir des ondulations du géoïde ?
4 - 3 – TD : Potentiel et attraction de quelques corps
- 5 – Réductions et corrections gravimétriques
5 – 1 – corrections gravimétriques.
5 – 2 – Isostasie.
5 – 3 – Cartes d’anomalies - introduction aux méthodes de prospection.
5 – 4 - Interprétation des anomalies gravimétriques (JW).
- 6 – Altitudes
6 – 1 – concepts d’altitude et de hauteur.
6 – 2 – Altitudes dynamiques, orthométriques, normales, méthodes de Molodenski.
- 7 – Techniques d’observation
- 8 – Quelques problèmes de sciences de la Terre abordés par la géodésie physique
FRACTURATION DES ROCHES ET MECANIQUE DES FLUIDES
Le but de la partie fracturation des roches est de décrire tant du point de vue expérimental que du point de vue théorique,
ce qui se passe quand on quitte le régime élastique.
On s'intéresse d'abord aux concentrations de contrainte dans les géomatériaux en traitant en détail des cas simples :
trou circulaire, trou elliptique, champ de contraintes autour d'une fissure.
On aborde ensuite la mécanique de la rupture (critère de Griffith, modèle des ailes de fissures, critère de Mohr-Coulomb)
et les résultats expérimentaux (milieux granulaires/fissurés, regime fragile, transition fragile-ductile, effet de l'eau, fluage).
La confrontation de ces résultats avec la théorie amène à discuter des interactions de fissures et des contacts élastiques (Hertz).
Un chapitre de synthèse sur la friction dans les géomatériaux (lois de Byerlee, stick-slip, rate and state) est présenté ensuite.
Le dernier chapitre de cette partie est consacré à la plasticité (von Mises, Tresca, Drucker-Prager) et aux dislocations (vis,coins, fluage dislocation)
La partie mécanique des fluides visent à présenter un certain nombre de concepts de base qui seront utilisés en Physique des roches et Hydrologie.
On aborde successivement : la conservation de la masse, les équations de diffusion advection chimique et thermique (loi de Fick, loi de
Fourier), les rhéologie newtonienne et non newtonienne, la conservation de la quantité de mouvement, Navier Stokes, les nombres de Reynolds et Peclet.
Illustration dans des écoulements simples et loi de Darcy.
ELECTRO-MAGNETISME
Objectifs :
Ce module vise, dans un premier temps, à présenter les principes physiques sous-jacents à l'exploration par méthodes électriques et électromagnétiques du sous-sol.
Les principales techniques sont introduites brièvement au début puis sont peu à peu développées au fur et à mesure de l’acquisitions des notions théoriques.
Contenu du cours :
- Loi d’Ohm, notions de résistivité et de conductivité électrique. Introduction aux méthodes de prospection électrique et électromagnétiques : courant continu, ou fréquentiel, transitoire, MT, VLF, forage, géoradar
- Equation de Poisson. Configurations utilisées en prospection électrique. Solutions analytiques en milieu tabulaire
- Equations de Maxwell. Modes diffusif et propagatif. Approximation quasi-stationnaire
- Effet de peau. Nombre d'induction. Courants de Foucault. Effets galvanique et vortex
- Sources dipolaires : électrique et magnétique, sources naturelles
- Réflexion et transmission des ondes EM
- Quelques solutions analytiques (quart-espace et milieu tabulaire)
Contenu des TD/TP :
Exercices d'application de la théorie vue en cours. Simulations sur ordinateur de mesures en surface.
Si possible, acquisition et mesures VLF ou EM34 sur le terrain et modélisation et interprétation de celles-ci.
PETROLOGIE SEDIMENTAIRE
Contenu du cours :
- Les roches sédimentaires : l'héritage du relief
terrestre. Genèse, classification et reconnaissance macroscopique des
grands groupes.
- Les roches silicoclastiques, carbonatées,
volcano-sédimentaires, siliceuses, salines, carbonées : Genèse,
classification et reconnaissance macroscopique des grands groupes.
- Reconnaissance microscopique de toutes les roches sédimentaires.
- Les figures sédimentaires physico-dynamiques. Les figures sédimentaires liées aux carbonates et à la vie.
Le mode des rides, des marées et des tidalités. Un exemple de milieu estuarien macrotidal actuel : la baie du Mont Saint Michel.
- Introduction aux environnements de dépôt et à l'analyse séquentielle.
ECONOMIE INDUSTRIELLE II - PROPRIETE INDUSTRIELLE
Ce cours d’économie industrielle prolonge l’introduction qui a été faite au premier semestre de cette première année en traitant de domaines d’application particuliers.
Ces domaines sont parmi ceux qui intéressent a priori des ingénieurs travaillant dans le secteur de l’énergie ou dans les services aux entreprises industrielles concernées.
Après un rapide tour d’horizon des principaux thèmes de la théorie économique applicable aux secteurs de base, on aborde la théorie de la tarification des
services publics, plus particulièrement ceux qui correspondent au cas des industries de réseau, en introduisant la notion de monopole naturel.
Une autre application importante de l’économie publique est l’analyse économique de la fiscalité (justification théorique, modalités concrètes,
impact sur les équilibres de marché).
Ce cours a aussi pour objectif d’introduire la théorie des jeux, comme approche théorique des stratégies d’entreprise sur des marchés de concurrence imparfaite.
Une dernière partie est consacrée à la problématique de l’innovation, non pas en termes de gestion (voir le module « Choix industriel et gestion »
en deuxième année) mais comme analyse économique du processus d’innovation, description des réseaux d’acteurs concernés, des systèmes nationaux et territoriaux,
des politiques publiques et des programmes visant les entreprises.
En complément, les problématiques du partenariat public-privé et de la propriété industrielle sont introduites.
MESURES GEOPHYSIQUES EN LABORATOIRE
Il est proposé aux étudiants un ensemble de Travaux Pratiques en salle
dont le but est de leur permettre de se familiariser avec certains
aspects de la géophysique expérimentale et appliquée. L'enseignement
des Travaux Pratiques vient en complément des cours théoriques, et
permet de s'initier aux techniques instrumentales dans les domaines de :
- l'élasticité des matériaux (photoélasticité)
- la déformation et la fracturation des roches
- la mesure des vitesses des ondes dans les roches
- les propriétés électriques des roches
- la sismologie expérimentale (étalonnage d'un capteur / localisation et détermination de mécanismes au foyer de séismes)
STAGE DE TERRAIN DE GEOLOGIE
Stage de terrain dans les Alpes de Haute Provence en terrain sédimentaire plissé non métamorphique.
Pétrographie sédimentaire. Analyse faciologique. Géologie des
environnements de dépôt. Stratigraphie, lithostratigraphie et
biostratigraphie. Paléontologie et paléoécologie.
Cartographie géologique. Tectonique et analyse tectonique. Analyse des bassins sédimentaires.
Géologie alpine. Géodynamique générale. Géomorphologie.
PROJET INFORMATIQUE
Résolution d'un problème par l'outil informatique. Les problèmes peuvent être de nature très diverse (géophysique, mathématique, ludique, graphique, etc).
Une liste de sujets est mise à disposition des élèves, mais les propositions personnelles sont fortement encouragées.
L'objectif principal est de fournir à l'étudiant une motivation pour s'approprier l'outil informatique, le travail doit de préférence être personnel.
Le volume horaire correspondant est de l'ordre de 50 heures.
Le choix des problèmes doit être effectué avant la fin du premier semestre (décembre) et la solution élaborée pendant le second.
Un suivi hebdomadaire avec un enseignant ou un chercheur accompagne l'évolution du travail,
et le résultat final fait l'objet d'une présentation orale associée à un rapport écrit.
|
URL : http://eost.u-strasbg.fr/ecole/annee1.html
| 
|