PROGRAMME DE SPÉCIALITÉ

Secteur Sciences de la Terre et de l'Univers

B.O. du 6 juillet 2000

retour au programme de connaissances générales Géologie

retour présentation générale des programmes

Le programme de spécialité comporte le programme de connaissances générales et deux thèmes différents détaillés ci-dessous. Par ailleurs, le programme de spécialité s’appuie sur une bonne connaissance :
- des imageries géophysiques de l’intérieur de la Terre et de la surface (domaine continental et océanique),
- des imageries satellitales (différents spectres) des surfaces marine/océanique et terrestre,
- de l’utilisation des traceurs géochimiques (majeurs, traces, isotopes) dans l’analyse des processus profonds et superficiels,
- des outils gravimétriques et géomagnétiques.

Les candidats doivent également maîtriser les séries temporelles et les distributions spatiales. Chaque fois que cela est possible, on abordera les phénomènes tels qu’on peut les percevoir actuellement (ou dans un passé récent) et leur évolution au cours de l’histoire de la Terre (avec les archives géologiques de ces évolutions, et/ou des modélisations).

Dans les différentes parties du programme, on mettra l’accent sur la séparation entre :
- les outils d’acquisition de données (structure géométrique, mesure, etc.) et les outils mathématiques associés,
- les outils conceptuels de traitement (ex : approche séquentielle/génétique de la stratigraphie) ,
- les modélisations au sens strict (fonctionnements reconstitués de manière analogique et/ou mathématique).

1 - Transferts énergétiques et transferts de matière dans le système Terre.

1-1 Bases physiques et chimiques des transferts d’énergie et de matière

- Conduction, convection, rayonnement; gradients et flux thermiques; couches limites thermiques
- Changements de phases : bases thermodynamiques, règle de Gibbs, équation d’état des silicates. États physiques de l’eau, stabilité des hydrates de gaz (CH4, CO2, H2S). Solutions solides et liquides . Fusion et cristallisation; équilibres binaires et ternaires. Thermo - barométrie des transformations cristallines .
- Rhéologie et mécanismes de déformation à l’état solide; élasticité et plasticité; notion de viscosité; déformation expérimentale et lois rhéologiques; les défauts cristallins et leurs rôles dans la déformation plastique. Analyse des contraintes; propagation des ruptures;
- Propagation des ondes sismiques, anisotropie et tomographie sismique
- Champ de pesanteur et champ magnétique
- Bases de la mécanique des fluides et comportement des milieux biphasés :déplacement particulaire, suspension, traction; types d’écoulement; transfert des solutés, advection et diffusion
- Fractionnement élémentaire et isotopique; notion de potentiel chimique, coefficient de partage et thermobarométrie; processus de diffusion; cas des éléments traces; fractionnement isotopique cinétique et d’équilibre; effets vitaux (18O et 13C).
- Désintégration des radioéléments : grandes chaînes de désintégration, isotopes cosmogéniques

1-2 Applications géochronologiques

- Utilisation des rapports isotopiques; méthodes par paliers; concordia; température de blocage; comportement des minéraux hérités
- Traces de fissions, thermoluminescence
- Diversité et intérêts des isotopes cosmogéniques.

1-3 Couplages et découplages aux interfaces des enveloppes

- Géodynamo
- Cinématique lithosphérique et ses référentiels; subductions océaniques et continentales; exhumation syn et post-orogénique; délamination lithosphérique
- Variations rhéologiques verticales et horizontales dans la croûte et manteau; déformations profondes et superficielles à toutes les échelle : aspects continus et discontinus
- Convection mantellique; couche D’’, instabilité et panaches; variabilité des fusions crustale et mantellique
- Albédos terrestre et océanique : variations géographiques et temporelles; bilan radiatif et dynamique de l’atmosphère; couplage océan–atmosphère; ondes océaniques internes et mouvements troposphériques
- Circulations globales; circulation thermo- haline de l’océan; rôle climatique des grands courants superficiels. Échanges à l’interface océan/atmosphère; transferts atmosphériques; dispersion des polluants
- Rôle des fluides à différentes échelles dans les processus exogènes et endogènes (diagenèse, métamorphisme, déformations); hydrothermalisme océanique et continental

1-4 Applications aux cycles géochimiques : flux, réservoirs, temps de résidence et bilans

- Les magmas : ségrégation, ascension; mise en place et différenciation; rôles dans l’évolution chimique du manteau et de la croûte
- Dynamique sédimentaire à différentes échelles (processus hydromécaniques, architecture des corps sédimentaires); processus d’érosion et bilan des transferts continent-océan (détritique, chimique); approche mécanique des phénomènes gravitaires de surface (glissements en masse, fluidisation.)
- L’eau : cycle de l’eau dans les enveloppes solides, liquides et gazeuses; accumulation et fonte des masses glaciaires; flux continentaux
- Le carbone : transit et immobilisation sous formes oxydées et réduites
- Les carbonates et la silice
- Concentrations minérales et élémentaires; enrichissements élémentaires océaniques par les flux continentaux et hydrothermaux; impact biologique
- Cycles géochimiques élémentaires; signature élémentaire et isotopique des grands réservoirs.

2 - La biosphère et l’environnement terrestre : état, évolution et anthropisation

2-1 Facteurs internes et forçages externes à différentes fréquences

- Activité solaire; taches et fluctuations magnétiques; modulations géomagnétiques des flux solaires et cosmiques (cf. isotopes cosmogéniques); forçage orbital et cyclostratigraphie; impact des modifications galactiques.
- Ondes océaniques propres (Kelvin, Rossby); impact des reliefs continentaux; effets des déplacements lithosphériques et des reliefs sous-marins associés;
- Impact des processus catastrophiques d’origine interne (volcanisme, séismes et tsunamis) et extra-terrestres (météorites);
- Impact de l’eustatisme

2-2 Impacts physico-chimiques de la biosphère sur la composition et l’évolution des enveloppes superficielles

- Évolution biologique; apparition et diversification des organismes; diversité des métabolismes et liens avec des minéralisations et la production sédimentaire; mécanismes de la spéciation;
- Évolution de l’atmosphère; interactions biosphère/atmosphère;
-Dégradation, stockage, recyclage; cas de la biomasse profonde.

2-3 Évolution naturelle de l’environnement à différentes échelles et résolutions temporelle

- Évolution générale du climat en liaison avec les grandes étapes de la tectonique globale; principales étapes de peuplement des différents milieux; évolution, adaptations, extinctions, crises et processus de reconquête des niches écologiques;
- Paramètres paléoclimatiques (courants, précipitations, circulations atmosphériques, températures) et marqueurs impliqués; fonctions de transfert; paléoclimatologie aux différentes échelles de résolution; archives marines/océaniques et continentales (glaces et sédiments)
- Évolutions cycliques et évènements; nature et origine des discontinuités sédimentaires; le dernier cycle glacio-eustatique
- Aléas et risques volcanique, sismique, et climatique

2-4 Anthropisation

- Combustion du carbone “fossilisé”; production de méthane et d’aérosols; apparition de l’agriculture; modifications des couverts végétaux, de la pédogenèse; érosion
- Colonisations biologiques “instantanées” induites (transports)
- Impact des grandes modifications hydrologiques (ex. : le Nil); eutrophisation; impact des aménagements littoraux; modifications (volumes, transit, chimisme) des eaux souterraines
- Grands ouvrages géotechniques : paramètre géotechniques, matériaux de construction, diversité des grands ouvrages et impacts sur l’environnement.