Cours L1SV-Introduction v2017 SL PDF

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Poly de CM...

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INTRODUCTION aux Géosciences Définitions – Cycles de marées (CM n° 1) Cours Licence première année 2017-2018 Université Cergy Pontoise Filière SV S. Lallemant

Réussite en L1, c’est possible !!! • Pour y parvenir : 1- venir en cours et en TD (TP obligatoires !!) 2 – être attentif (sinon rester chez soi) Présence active = prise

de notes

3 – travailler les cours/TD régulièrement 4 – être en relation avec son référent 5 – fréquenter la bibliothèque et ses livres 2017-2018

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L1

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Bibliographie Brahic et col., Sciences de la Terre et de l’Univers, Vuibert Pomerol Lagabrielle, Renard et Guyot : Eléments de Géologie, Dunod 2017-2018

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Bibliographie Comprendre et Enseigner la planète Terre, Caron et col., Ophrys Dercourt, Paquet, Thomas et Langlois: Géologie : Objets, Méthodes et Modèles, Dunod 2017-2018

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L1

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Bibliographie

Relativement compact : Boillot, Huchon et Lagabrielle, Introduction à la Géologie, Dunod

Ou très complet (1000 pages !)

Robert et Bousquet : Géosciences, Belin. 2017-2018

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L1

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Si vous préférez sous forme de fiches

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S. Lallemant Professeur à l’Université de Cergy-Pontoise Département Géosciences et Environnement Mail : [email protected] Tel 01 34 25 73 61

Introduction aux Géosciences Equipe enseignante CM Siegfried Lallemant

10 groupes de TD Rémi Leprêtre (groupes C, D et D1) Siegfried Lallemant (groupes E, F, G et H1) Gabriel Teurquety (groupe H) Pauline Souloumiac (groupe A et B) 2017-2018

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Consultez l’ENT !!!

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Consultez l’ENT !!!

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Polycopié des TD

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Et des documents complémentaires comme des lexiques

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Plan du Cours L1 SV (sous réserve de modifications)

• • • •

CM 1 : Introduction – Cycles de marées CM 2 : Méthodes de datation : datation relative CM 3 : Méthodes de datation : datation absolue CM 4 : Histoire de la Terre et évolution de la biosphère

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Introduction • • • •

1) Un peu de méthodologie ! 2) Que sont les Géosciences ? 3) Qu’est-ce qu’un cycle ? 4) Un exemple de cycle: le cycle des marées

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1) Un peu de méthodologie ! Leçon #1 Corrélation, causes & effets

Taux d’accidents mortels sur les autoroutes USA

Une corrélation entre deux événements n’implique pas (forcément) une relation de cause à effet…

Citrons frais importés du Mexique 2017-2018

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Leçon #2 Le syndrome de la pleine Lune (SPL) : une question d’objectivité… La pleine Lune est souvent associée à des violences nocturnes, des naissances en hausse, etc... Ce genre d’assertion est rarement mis en cause car c’est ‘vrai’, on l’a ‘tous’ expérimenté… « La dernière étude en date, menée par des scientifiques américains, remet sérieusement en cause cette idée. Les chercheurs ont recensé toutes les naissances survenues en Caroline du Nord sur quatre ans, entre 1997 et 2001, soit plus de 500 000 accouchements. Résultat : ils ont trouvé un nombre identique de naissances lors des différentes phases du cycle lunaire » Am J Obstet Gynecol, mai 2005 ; vol. 192 : p. 1462-1464 .

On ‘remarque’ les événements liés à la pleine Lune, par exemple une agression, et on ‘oublie’ toutes les fois où l’on est sorti les soirs de pleine Lune, et où rien ne s’est passé. Notre objectivité est altérée par notre croyance qui fait un ‘tri’ des événements. C’est un tri inconscient…ou pas….

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Puisque la Lune a une influence sur les marées, a-t-elle une influence sur les êtres vivants ?

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Application: Le réchauffement climatique Activité solaire réduite

CO2 Températures

Températures

CO2 On est climato-alarmiste (99% des scientifiques)… La ‘corrélation’ entre le CO2 et la température nous frappe et pousse les décideurs à imposer une taxe carbone

On est climato-sceptique, On remarquera mieux les corrélations entre température et l’activité solaire et on dira : « tout va bien, continuons à polluer !»

Selon le ‘bord’ où l’on se tient, on risque de chercher plutôt des informations sur le CO2, ou plutôt sur l’activité solaire. Le ‘SPL’ peut nous amener à une vision partiale de l’ensemble. 2017-2018

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Leçon #3 Une vision partiale… mais aussi partielle!

Un mur!

Une colonne!

Une lance?

Un serpent!!!!!!

Une corde….

Un éléphant

Représentativité ? 2017-2018

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Leçon #4 Il faut une culture scientifique pour comprendre les données

Que voyez vous ??????

Ceci vous aide-t-il ?

Et maintenant ?????? 2017-2018

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2) Que sont les Géosciences ? Les Sciences de la Terre ou Géosciences comprennent tous les domaines d’études appliqués à la planète terre dans sa partie solide et ses enveloppes fluides. A ce titre, elles font appel à des compétences extrêmement variées !!!

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Des applications des domaines PC application de lois physiques et chimiques à l’objet Terre

• • • • • • • •

Géophysique (gravité, magnétisme, ondes sismiques) Rhéologie (relations contraintes-déformation) Mécanique des roches et des sols Mécanique des fluides (océan – atmosphère - hydrogéologie) Géochimie organique (combustibles fossiles) Géochimie minérale Géochimie isotopique ….. 2017-2018

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Prospection sismique (méthodes de terrain) Analyses mécanique des données de forage

Modélisation numérique de la convection 2017-2018

Analyses chimiques au spectromètre de masse

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…. voire du domaine SV • Biogéochimie (altération – chimio-autotrophie – concentrations minérales) Ici Pyrite FeS attaquée par Thiobacillus ferrooxidans

• Paléontologie (mécanismes de l’évolution, paléo-écologie) Ici arthropodes fossiles et actuels (planche de Haeckel )

• ….. 2017-2018

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… mais aussi des disciplines propres aux STE • Pétrologie endogène (magmatisme et métamorphisme)

• Tectonique • Sédimentologie • Stratigraphie – Géologie historique • Paléo-climatologie • …… A travers cette dimension « historique », les Géosciences ont un rapport particulier au temps 2017-2018

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3) Qu’est-ce qu’un cycle ? • C’est un phénomène périodique dans le temps et/ou dans l’espace (les deux étant liés dans le cas de la propagation d’une onde !)

• On le décrira typiquement par des fonctions sinusoïdales comme par exemple la fonction sinus 2017-2018

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Le cycle « élémentaire » : un sinus sin(x)

Période

1.5

Demi-période

0.5

0 0 -0.5

-1

60

120

180

Amplitude

1

240

300

360

La fréquence : Unité le hertz (Hz) tel que : 1 Hz = 1 cycle par seconde

-1.5

Longueur d’onde ( ) = équivalent spatial de la période T 2017-2018

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sin(x)

Période

1.5

1 sin(x) 0.5

Amplitude

0 0

60

120

180

240

300

360

Un sinus

-0.5

-1

-1.5 1.5

1 sin(x) sin(8x)/ 4 0.5

0 0

60

120

180

240

300

360

.

-0.5

-1

Un sinus à plus haute fréquence (et plus faible amplitude)

-1.5

sin(x)+sin(8x/4 1.5

1 sin(x)+sin(8x/4

0.5

0 0

60

120

180

240

300

360

La somme des deux sinus

-0.5

-1

-1.5

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Somme de sinusoïdes de même amplitude 1,5 1 0,5 0 -0,5 sin(x*pi/64)

-1

sin(x*pi/4 -1,5 -64

-48

-32

-16

0

16

32

48

64

Cas de phénomènes indépendants 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5

sin(x*pi/64+sin(x*pi/4)

-2 -64

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-48

-32

-16

0

16

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32

48

64

32

Somme de sinusoïdes d’amplitudes différentes 1,5 1 0,5 0 -0,5 sin(x*pi/64)

-1

0,25*sin(x*pi/4 -1,5 -64

-48

-32

-16

0

16

32

48

64

Cas de phénomènes indépendants 1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -64

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sin(x*pi/64+0,25*sin(x*pi/4)

-48

-32

-16

0

16

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64

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Cycles emboités: l’exemple des cycles climatiques sur le dernier million d’années sin(x)+sin(8x/4 1.5

1 sin(x)+sin(8x/4

0.5

0 0

60

120

180

240

300

360

-0.5

-1

-1.5

Période de 20 000 ans

Période de 100 000 ans

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Produit de sinusoïdes

1,2 0,8 0,4 0 -0,4 -0,8

sin(x*pi/64) sin(x*pi/4

-1,2 -64

-48

-32

-16

0

16

32

48

64

Cas de phénomènes non indépendants qui se « modulent » 1,2 0,8 0,4 0 -0,4 -0,8 sin(x*pi/64)*sin(x*pi/4) -1,2 -64

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-48

-32

-16

0

16

32

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Un exemple : les cycles de marée

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Observer des cycles dans les roches ?

L’apparente répétition de couches reflète-t-elle l’enregistrement de processus cycliques ?

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L’apparente répétition de couches reflète-t-elle l’enregistrement de processus cycliques ? Réponse : le plus souvent, oui ! Ici des dépôts « brutaux » de tsunamis (sables clairs intercalés entre des séries sombres de dépôts lents entre les séismes

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Les varves

Les varves sont des dépôts sédimentaires dans des lacs de latitudes élevées présentant des alternances de lamines sédimentaires alternées sableuses et argileuses plus ou moins claires ou sombres. Un « doublet clair-sombre » correspond au cycle de dépôt d’une année suivant les saisons : en été (S comme Summer), les dépôts sont plus grossiers (sables) et clairs, liés à la fonte des glaciers; en hiver (W comme Winter), les sédiments sont argileux et plus sombres. Les variations sont contrôlées de manière saisonnière par le débit des cours d’eau à la fonte des glaciers Exemple de sédiments « varvés » dans le lac Hichcock du Connecticut (USA) 2017-2018

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• Alternances régulières calcaires-marnes dans la Drôme (La Charce).

Cliché : S. Lallemant 2017-2018

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(Hauterivien , 136 à 130 Ma) 40

4) Un exemple de cycle : le cycle des marées

2017-2018

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Bibliographie

O. Guérin : tout savoir sur les marées, Ouest France. Simple et bien illustré 2017-2018

M. Revault d’Allones : La marée océanique, Vuibert. Complet mais complexe

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Qu’est-ce que la marée ?

8h25

16h34

11h01

19h26

13h58 2017-2018

Exemple a Trebeurden (22) le 7 octobre 2002 Coefficient 115

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Mesurer les marées

http://tpelesmarees.pagesperso-orange.fr/outils.html

Le marégraphe à flotteur

2017-2018

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Mesurer les marées

http://tpelesmarees.pagesperso-orange.fr/outils.html

Le marégraphe plongeur 2017-2018

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Mesurer les marées: le marégramme Période : à peu près 12 heures (semi-diurnes)

2017-2018

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Mesurer les marées : Exploitation du marégramme

Cette courbe est un marégramme réalisé sur une journée dans le port de Cancale, le 12 Décembre 1990. On remarque que la pleine mer a lieu vers 3h15mn. La courbe stagne légèrement quelques minutes, c'est l'étale de pleine mer. Puis le niveau de la mer descend, c'est le reflux ou jusant. Ensuite, la mer est basse vers 10h, et nous observons également une stagnation de la courbe pendant quelques minutes, c'est l'étale de basse mer. Le niveau de la mer remonte jusqu'à 15h30mn, c'est le flux ou flot. On constate que l'amplitude (ou marnage) n'est pas la même toute le journée: la hauteur de la première marée varie de 15.70m à 10.30m, le marnage est de 15.70m10.30m=5.40m. La hauteur de la deuxième marée varie de 15.60 à 9.60, le marnage est cette fois de 15.60m-9.50m=6.10m.

Nota : c’est étonnant mais le mot « étale » est du masculin !!!! 2017-2018

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Marnage et coefficient de marée •

•

Les coefficients de la marée (C) inventés par les hydrographes français au XIXème siècle, sont des chiffres exprimés en centièmes variant de 20 à 120. Ces grandeurs évaluent l'importance et l'amplitude de l'oscillation de la marée semi-diurne. Ils permettent également de comparer le marnage (M) dans différents ports. Le coefficient de la marée est calculé en faisant le quotient du marnage semi-diurne par l'unité de hauteur (U) caractéristique d’une localité. Cette dernière est admise à 3,21 mètres à Brest (Brest étant le port de référence français). La formule du calcul du coefficient de la marée est donc la suivante:

•

H= la hauteur de la pleine mer (en mètre) No= le niveau moyen de la mer (en mètre) U= l'unité de hauteur (en mètre) C= le coefficient de marée (pas d'unité)

•

Le coefficient peut être aussi défini par:

•

M= le marnage (en mètre) U= l'unité de hauteur (en mètre) C= le coefficient de marée (pas d'unité)

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0

2

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Cyclicité des marées • Le deuxième enregistrement est réalisé sur 23 jours dans le port de Royan. • Il nous montre l'existence de deux marées hautes et de deux marées basses par jour et bien sûr d'une variation du marnage.

Deux cycles emboîtés liés au jour et au mois !!

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Cyclicité des marées • On observe enfin que les marnages sont plus importants au moment de la nouvelle Lune et de la pleine Lune (marées de viveeau), alors qu'au moment du premier quartier et du dernier quartier, ceux-ci sont plus faibles (marées de morte-eau).

Déchet

Revif

• L’épisode temporel qui voit l’augmentation des amplitudes est le « revif » alors que la période de décroissance des amplitudes est le « déchet »

Deux cycles emboîtés liés au jour et au mois !!

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Premières interprétations

Descartes (1596-1650) Descartes pense à mettre en relation la marée océanique avec la lune mais par l’intermédiaire de tourbillons créés par les corps célestes dont les pressions et dépressions modifieraient la surface de la mer 2017-2018

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Premières interprétations Pascal (1623-1662)

• « La nature agit par processus, . Elle passe et revient, puis va plus loin, puis deux fois moins, puis plus que jamais ..., Le flux de la mer se fait ainsi, le soleil semble marcher ainsi. » 2017-2018

http://www.mathsrometus.org/images/histoiredesmathematiques/blaise_ pascal_hd.jpg

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Premières interprétations Isaac Newton (1643-1727)

Première théorie quantifiée à partir des lois de l’attraction universelle des corps

http://djiwominamerica.canalblog.com /tag/isaac%20newton

http://www.isleofbarra.com/for-mariners/tides-/-weather/tide-tables.html 2017-2018

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http://www.marcelgotlib.com/

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Attention !!!!
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