Master ESV (M2) Parcours Volcanologie

Master ESV (M2)
Parcours Volcanologie
Responsable: Pierre-Yves Gillot
Intervenants: UPS, LPS, IPGP, IRSN, Paris I
Tronc commun:
Géochimie des enveloppes superficielles
Géochronomètres, calibration de l’échelle des temps
Parcours volcanologie:
Message Géodynamique des Magmas
Panaches et téphra volcaniques
Fluides volcaniques et dégazages magmatiques
Evolutions morphologiques et risque gravitaire
Processus éruptifs et aléas volcaniques
Phénomènes et morphologies volcaniques
Objectifs
Le parcours Volcanologie est l’une des composantes de la Spécialité «
Environnements Sédimentaire et Volcaniques » du Master Sciences de
la Terre de l’Université Paris Sud. Il prépare aux formations par la
recherche de 3e cycle et aux métiers de l’environnement et de
l'aménagement du territoire grâce aux enseignements dans les
domaines de la diffusion des panaches, de la chimie et de la physique
des phénomènes éruptifs et de l’analyse des reliefs en relation avec les
risques naturels.
http://geosciences.geol.u-psud.fr
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Master SCIENCES DE LA TERRE ET UNIVERS - ENVIRONNEMENT
(spécialité recherche) Spécialité R 2 : Environnements sédimentaires et volcaniques
Parcours : Environnement volcanique
Responsable du Parcours Volcanologie:
Pierre-Yves Gillot
[email protected]
Laboratoire de géochronologie UPS-IPGP
UMR CNRS 8148 IDES
Département des Sciences de la Terre
Bâtiment 504, Université Paris Sud-XI
91405 Orsay Cedex
http://geosciences.geol.u-psud.fr/geochrono/fr/accueil.html
Secrétariat du Master:
Catherine Lesage
[email protected]
tel.: 01 69 15 48 67
Secrétariat Pédagogique
Master des Sciences de la Terre et de l'Univers
Bâtiment 504, Université Paris Sud-XI
91405 Orsay Cedex
Modalités d’inscription:
1) pré-inscription au secrétariat du Master
- Téléchargement en ligne du dossier et informations
http://geosciences.geol.u-psud.fr
- Renvoyer le dossier complet au Secrétariat du Master (adresse ci-dessus)
2) en parallèle, pré-inscription en ligne à l'université Paris Sud:
http://webapplis.spi.u-psud.fr/OPI/accueil.jsp
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I. Les U.E.
M2S1 (premier semestre de M 2) :
5 UE de 30 h au choix par spécialité = 15 ECTS
+ 3 UE de 30 h au choix = 9 ECTS
+ Langue et Stages = 6 ECTS
M2S2 (deuxième semestre de M 2) :
Stage de recherche en laboratoire = 30 ECTS
Détail:
M2STU12 : Géochimie des enveloppes superficielles
M2STU13 : Géochronomètres, calibration de l’échelle
des temps
M2STU20 : Message Géodynamique des Magmas
M2STU21 : Panaches et téphra volcaniques
M2STU22 : Fluides volcaniques et dégazages
magmatiques
M2STU23 : Evolutions morphologiques et risque
gravitaire
M2STU24 : Processus éruptifs et aléas volcaniques
M2STU29 : Phénomènes et morphologies volcaniques
1 UE libre
Langue
Stage
TOTAL M2S1
M2S2 Stage de recherche
Total
2 UE obligatoires de la spécialité = 6
ECTS
5 UE au choix * 3 ECTS= 15 ECTS
3 ECTS
3 ECTS
3 ECTS
30 ECTS
30ECTS
60 ECTS
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II. Les modules
II. a. Tronc commun (2 U.E. obligatoires)
- M2STU12 : Géochimie des enveloppes superficielles
Responsable : C. COLIN (MC UPS)
Équipe enseignante : P.Y. GILLOT (PR UPS), M. PAGEL (PR UPS)
Volume horaire : 3 ECTS ( cours/TD : 30 h)
Objectif :
- Donner à l’étudiant les notions fondamentales de géochimie nécessaire aux traçages des
mécanismes et des échanges se produisant entre les différents réservoirs des enveloppes
superficielles terrestres.
Programme :
- Différenciation des magmas et genèse de la croûte : océans et continents (croûte archéenne
et moderne) ; apports des magmas à l'atmosphère : les gaz volcaniques. Les fumerolles et
l'altération hydrothermales.
- Bilan géochimique des éléments dans les fleuves de vastes bassin versants (exemples du
Congo, du Gange, …)
- Intérêts des systèmes isotopiques Rb/Sr et Sm/Nd et des Terres Rares dans le domaine
sédimentaire. Le cycle du Sr et signification de la variabilité du rapport isotopique 87Sr/86Sr
dans les carbonates.
- Le cycle du Carbone. Impact du couple tectonique / érosion sur le cycle géochimique de
quelques éléments. Modélisation des échanges entre les différents réservoirs superficiels
terrestres et notion de temps de résidence.
- TD sur l’estimation des flux des éléments chimiques continent-océan. Estimation de
l’importance des différents processus à l’origine de la séquestration du CO2 au cours des
temps géologiques.
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- M2STU13 : Géochronomètres, calibration de l’échelle des temps
UE en commun avec le master «Géochimie » réunissant Paris VI, Paris VII et l’IPGP.
Equipe enseignante : P-Y. GILLOT (UPS, Responsable de l’UE), X. QUIDELLEUR (UPS),
C.GAUTHERON (UPS), B. BOURDON (IPGP), N. FIET (UPS) et G. SIANI (UPS).
Objectif :
Ce cours, reprenant les bases de la géochimie isotopique et les lois de la radioactivité présente
les différentes méthodes de datation applicables à la reconstitution de l’histoire de la Terre et
à la calibration de l’échelle des temps géologique.
Programme :
Le cours présente successivement les méthodes basées sur le couple potassium-argon et son
application à l’échelle du phanérozoïque, ainsi que ses développements vers la
thermochronologie, d’une part, les âges récents d’autre part ; il enseigne les méthodes basées
sur les séries de l’uranium et du thorium, l’utilisation de leurs déséquilibres pour la datation ;
il présente aussi les applications de l’observation et du comptage des traces de fission.
Une attention plus large est portée dans cet enseignement aux méthodes applicables à la
datation du Quaternaire supérieur en relation avec l’environnement, en particulier les
méthodes basées sur les isotopes cosmogéniques.
En parallèle le cours s’attache à présenter les moyens et l’intérêt d’une calibration de l’échelle
des temps, en précisant les conditions et les choix d’échantillonnage et les problèmes liés aux
différentes formations. Il s’attache en particulier aux problèmes inhérents à l’échelle du
Quaternaire.
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II. b. Modules optionnels (5 U.E. à choisir : 125 h = 15 ECTS)
1) M2STU20 : Message Géodynamique des Magmas
Volume horaire : 25 h ( cours : 15 h, TD : 5 h, TP : 5 h)
UE en commun avec le master « Sciences de la Planête » à l’ENS
Equipe enseignante : Pierre-Yves GILLOT, (UPS, responsable de l’UE), Hélène MASSOL
(UPS), Pierre LAHITTE (UPS)
Objectif :
Cet enseignement est consacré à l'étude du volcanisme et de la variabilité des magmas
dans leur composition et leur comportement éruptif en fonction des différents cadres
géodynamiques. Cet enseignement porte sur trois aspects de la volcanologie.
Programme :
- D'abord, l’origine et l’évolution des magmas dans les différents contextes
géodynamiques. Cette partie porte sur la caractérisation géochimique de ces magmas et
leur étude par les éléments majeurs, en traces et les isotopes.
- La dynamique des systèmes éruptifs : le magma est un fluide complexe et on étudiera la
mécanique de ce fluide dans les conduits magmatiques ainsi que dans l'atmosphère.
- La phénoménologie externe : styles éruptifs, dépôts volcaniques, morphologies des
systèmes volcaniques dans différents cadres géodynamiques et structuraux.
2) M2STU21 : Panaches et téphras
Équipe enseignante : X. QUIDELLEUR (UPS, responsable), G. SIANI (UPS, coresponsable), P-Y. GILLOT (UPS), J.C. SABROUX (IRSN, SACLAY), M. PATERNE
(LSCE), M-F LE CLOAREC (LSCE).
Volume horaire : 25 h (cours : 20 h, TP : 5 h)
Objectif :
Ce module a pour but de présenter les processus physico-chimiques à la base de la
formation des différents panaches produits pendant des éruptions volcaniques. On se
focalisera sur les modalités de dégazage des magmas dans les conduits volcaniques, la
formation des panaches de tephra et gaz pendant les éruptions explosives (panaches
« chaudes ») et les écoulements de ces panaches (nuées ardentes). Ensuite on aura un regard
détaillé sur les phénomènes de dégazage des lacs de cratères et la formation des panaches et
écoulements des gaz lourds (panaches « froides », type celles qui sont produites au Lac
Nyos et Kivu). Sont ensuite présentées les typologies de mise en place de produits
volcaniques émis par les panaches et les écoulements pyroclastiques (dépôts pyroclastiques)
et la dispersion des nuages des gaz lourds. Enfin, on discutera du risque potentiel de ces
dépôts sur l’homme et les méthodes de surveillance et prévention.
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Programme :
Modélisation du dégazage dans un conduit volcanique.
Modèles physiques des panaches pliniennes. Physique de l’écoulement pyroclastique.
Modélisation des écoulements bi phasiques dans un conduit.
Double diffusion dans les fluides stratifiés: exemple des lacs méromictiques, et·les lacs de
cratère.
Éruptions phréatiques et éruptions gazeuses. Écoulements de gaz lourds. Modélisation
expérimentale et analogies avec les émissions gazeuses industrielles (CO2, NH3, HF, NO2,
liquides cryogéniques).
Panaches volcaniques invisibles : les émissions volcaniques pariétales.
Technique de surveillance et réduction du risque des émissions gazeuses dans les lacs de
cratère : « les orgues » du Lac Nyos.
Typologie des dépôts pyroclastiques. Dispersion et distribution des tephra.
Risques volcaniques lié aux éruptions explosives et des lacs de cratère : Volcanisme et effet
de serre.
Volume horaire : 25 h ( cours : 15 h, TD : 5 h, TP : 5 h)
3) M2STU22 : Fluides volcaniques et dégazage magmatique
Volume horaire : 25 h ( cours : 15 h, TD : 5 h, TP : 5 h)
Equipe enseignante : Nicole METRICH (LPS, Responsible de l’UE), Patrick ALLARD (LPS,
Co-Responsible de l’UE), Hélène Bureau (LPS), Philippe JEAN-BAPTISTE (LSCE), MarieFrançoise LE CLOAREC (LSCE).
Objectif :
Cet enseignement présentera le rôle des fluides dans les processus magmatiques et
éruptifs, les variations de composition chimique et isotopique des gaz volcaniques en fonction
de la géodynamique et de la nature des magmas, et les bilans massiques de dégazage qui sont
déduits de l'étude combinée des volatils dissous dans les magmas (inclusions vitreuses) et des
flux de gaz émis par les volcans. On verra également comment le suivi géochimique des
fluides volcaniques, couplé à la surveillance géophysique, peut contribuer à la prévision des
éruptions et des risques associés.
Programme :
Les différentes méthodologies utilisées à cette fin seront présentées (mesures in situ,
télédétection, etc.). Enfin, l'impact des émissions volcaniques sur l'Environnement sera abordé
aux échelles locales et globales et replacé dans le cadre de l'évolution des cycles
géochimiques et du climat
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4) M2STU23 : Evolutions morphologiques et risque gravitaire
Equipe enseignante : P. LAHITTE (UPS, responsable du module), P. BRIOLE (IPGP), F.
LAVIGNE (Paris 1 Sorbonne), C. DEPLUS (IPGP)
Volume horaire : 25 h ( cours : 15 h, TD : 5 h, TP : 5 h)
Objectif :
Ce module a pour but de présenter l’étude de l’appareil volcanique du point de vue de
l’analyse de sa morphologie et de l’évolution que connaît cette dernière au cours de
l’histoire volcanique avec un accent mis sur les phénomènes de glissements gravitaires.
Cet enseignement comprend d'abord une présentation des méthodes et des techniques de la
géomorphologie quantitative appliquées en contexte volcanique. Sont ensuite présentés des
exemples symptomatiques de régions volcaniques où ces concepts ont été appliqués et on
conduit à une définition de l’histoire morphologique volcanique. La grande variété des
morphologies volcaniques nous conduit à ne sélectionner que quelques typologies
particulièrement démonstratives.
Programme :
1) Présentation des techniques dédiées à d’analyse de la morphologie volcanique et sa
quantification et à l’interprétation de son évolution.
2) Technique de la géodésie spatiale et de l’interférométrie RADAR appliquée à l’analyse de
la déformation volcanique à courte période.
3) Spécificité des morphologies volcaniques sous-marines et des glissements de flancs
associés.
4) Variété des phénomènes de glissements gravitaires liés à l’activité volcanique,
caractérisation morphométrique.
5) Les phénomènes de lahars, quantification des masse déplacées et des vitesses
d’accumulation.
MCC : Ecrit (2h, coeff 0,5), TP /TD (2h, coeff 0,5).
5) M2STU24 : Processus éruptifs et aleas volcaniques
Module commun avec l’IPGP (Master STEP).
Responsable : G. Boudon Co-Responsable : X. Quidelleur.
Equipe enseignante : G. BOUDON (IPGP), J.C. KOMOROWSKI (IPGP), X.
QUIDELLEUR (UPS), B. VILLEMANT (UPMC)
Volume horaire : 25 h ( cours : 15 h, TD : 5 h, TP : 5 h)
Objectif :
Ce module a pour but de présenter les aléas volcaniques et la gestion du risque réalisée
dans le cadre des observatoires, en s’appuyant sur les enseignements des dynamiques
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éruptives, l’étude des séquences volcaniques et des cycles éruptifs, les conditions
d’édification et de destruction des édifices volcaniques.
Programme :
Le cours propose d’abord une comparaison des styles éruptifs en fonction du cadre
géodynamique et de la physique-chimie des magmas, puis une analyse séquentielle des séries
volcaniques caractérisant ces différents cadres géodynamiques.
Le cours s’attache ensuite à analyser les modes de construction et de destruction des édifices
volcaniques pour s’attacher à définir les aléas et les risques volcanique et son estimation en
fonction de la démographie et de la vulnérabilité des enjeux à proximité des volcans.
Enfin, dans une troisième partie, le cours propose les solutions modernes de surveillance et de
gestion des crises volcaniques et l’élaboration de plans de prévention et de gestion des crises.
MCC : Ecrit (2h, coeff 0,5), TP /TD (2h, coeff 0,5).
6) M2STU29 : Phénomènes et morphologies volcaniques
Enseignement commun avec les Universités de Perugia et de Milano dans le cadre des stages
de terrain commun en Auvergne et dans la baie de Naples.
Responsable : P-Y. Gillot (UPS) et A. Peccerillo (U. Perugia)
Equipe enseignante : P-Y Gillot (UPS), A. Peccerillo (U. Perugia), S. Poli (U. Milano) S.
Chiesa (CNR Milano), C. Albore Livadie (CNRS, Naples), P. Lahitte (UPS) et G. Siani
(UPS).
Volume horaire : 25 h ( cours : 15 h, TD : 5 h, TP : 5 h) dispenses au cours des stages de
terrain.
Les chercheurs des départements des sciences des la Terre de l’Université Paris Sud, de
Perugia et de Milano mettent en commun leurs enseignements tant en salle que sur le terrain,
afin d’offrir aux étudiants de 2° cycle un enseignement complet en volcanologie et sur le rôle
des volcans dans l’environnement terrestre. Cet enseignement apportera, en plus des
connaissances fondamentales sur les phénomènes volcaniques, une expérience pratique sur les
morphologies et les risques gravitaires, appliquée à la prévention et à l’aménagement du
territoire.
L’originalité de cet enseignement consiste à proposer au groupe d’étudiants (20 environ) un
enseignement en salle et des travaux dirigés, en même temps que deux stages d’une semaine
organisés sur le terrain, l’un en Italie sur le volcanisme de la baie de Naples, l’autre en France,
sur les volcans d’Auvergne. Ces deux provinces volcaniques offrant des cas concrets de
gestion de risque, en particulier morphologiques et gravitaires, dans des cadres
géodynamiques très différents (collision pour l’un, intra-plaque continentale pour l’autre)
avec des produits et des natures d’éruptions très différentes.
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