Processus biogéochimiques
Objectifs et plan du cours.
Année 2002-2003

L'objectif de ce cours est de transmettre aux étudiants des connaissances minimales sur un grand nombre des processus physiques, chimiques et biologiques les plus influents dans l'environnement hydrique. Il est évident que tous les processus ne pourront pas être passés en revue dans ces 11 séances, mais nous pensons que le panel proposé permettra aux étudiants d'accéder à la compréhension des "modèles de transferts de pollution dans les eaux et les sols". La modélisation est de plus en plus utilisée aujourd'hui pour synthétiser les connaissances très pointues relatives à certains compartiments des écosystèmes ; elle permet également de vérifier si la somme des connaissances spécialisées permet  de reconstituer la globalité du système, orientant ainsi les recherches vers de nouveaux domaines ou les manques ont été démontrés. Or, le partage de ces connaissances par des spécialistes (que deviendront les étudiants de DEA) leur demande tout de même un minimum de connaissances quant au fonctionnement des modèles. L'objectif de ce cours est justement de le fournir. Nous aborderons donc deux points principaux aux travers de nombreux exemples physiques, chimiques et biologiques, à savoir :

Le cours se déroule sous forme d'exposés magistraux. Au cours de certaines séances, des étudiants sont chargés de présenter un/deux court(s) exposé(s) sur un/deux article(s) qu'ils auront lu dans les quinze jours précédents, et qui traitent d'un sujet proche de ceux qu'on aborde en séance. La discussion qui suit ces exposés est l'occasion de revenir sur des points qui seraient restés obscurs au cours des exposés magistraux.
 
01.10.2002
JMM		 Introduction au transport et au mélange en rivière : de l'intérêt des équations différentielles.
  • Le mélange des eaux en rivière : dispersion longitudinale, zones mortes, dispersion latérale et distance de mélange.
  • L'advection : comment écrire que "l'eau coule à la vitesse U ?", de une à trois dimensions, l'advection dans un écoulement permanent.
  • La dispersion : les échelles moléculaire et turbulente de la diffusion, la dispersion à plus large échelle.
  • La dispersion en rivière. La dispersion vue de l'intérieur des panaches.
  • Les distribution de temps de séjour : quand cette information est-elle suffisante ou insuffisante ?
7.10.2002
JM
 Processus affectant la qualité de l'eau en rivière
  • Processus contrôlant l'oxygénation de l'eau : échange avec l'atmosphère, dégradation des matières organiques, nitrification, consommation d'oxygène par les sédiments.
  • Modélisation de la dégradation des matières organiques. Cinétiques enzymatiques. Modèles en station d'épuration et en milieu naturel
14.10.2002
BT + BVL + AG		 Exemples tirés de l'étude du lac du Bourget
  • La physique des lacs : bilan thermique, stratification, ondes internes, pénétration des affluents.
  • Le fonctionnement écologique : la production primaire et ses conséquences sur le devenir des matières nutritives, azote et phosphore, les successions d'espèces.
  • La formation de calcite dans les lacs : la thermodynamique de la précipitation de la calcite, sa cinétique et ses interactions avec la biologie.
    		•
    21.10.2002
    MR

    		 Le sol, une interface dans l'environnement
  • Cours de présentation du milieu sol, à l'interface entre la terre et l'atmosphère, et comme point d'entrée dans les bassins versants.

    		•
    28.10.2002 -----Vacances à l'ENPC-----
    4.11.2002
    JMM
      Transport des particules
    • Sédimentation, érosion, floculation
    12.11.2002
    JMM    		 Croissance et prédation
    • Facteurs limitant, mise en équation.
    • D'autres modèles de croissance, stockage de réserves et quota cellulaires.
    • Passer de l'échelle de la croissance/prédation à l'échelle saisonnière et l'échelle du milieu
    18.11.2002
    JMM, JN
    		 Azote et phosphore dans les sols et les bassins versants (sous réserve)
    • L'origine de l'azote dans les bassins versants, les quantités utilisées, les quantités exportées.
    • La dynamique de l'azote dans les sols, les différents stocks et les temps de séjour.
    • Sources et dynmaique du phosphore dans un bassin versant
    • Spéciation du phosphore
    • Le rôle réel ou potentiel des zones humides sur les transferts d'azote.
    25.11.2002
    PC    		 Spéciation chimique et modélisation
    • D'où viennent les équations de base pour la spéciation chimique : quelques éléments de physique statistique.
    • Les effets ioniques : des corrections physiques aux équations chimiques.
    • Les échanges liquides-solides, l'adsorption et la précipitation
    • Comment résoudre tout cela ?
    02.12.2002
    MHT + JMM + CG    		 Couplage chimie-transport-biologie
    • La mesure de l'oxygène dissous au travers d'une membrane perméable
    • Les mesures de spéciation des métaux au travers des membranes à diffusion (techniques DGT, SPMD)
    • Evaluation de la doisponibilité des métaux pour les organismes.
    9.12.2001
    JMM    		 Une liste indicative des modèles qui seront présentés : 
    • MINEQL : le grand classique de la spéciation chimique.
    • RAKHAM : modèle mono-dimensionnel vertical utilisé dans le lac du Bourget.
    • SENEQUE et PROSE : deux structures de modèle (bassin versant et rivière) basées sur le même moteur.
    • TELEMAC : Modèle hydraulique 2- ou 3-dimensionnel, couplage avec la qualité de l'eau.
    16.12.2001
    JMM
  • Evaluation, du cours (30') selon la procédure en place à l'ENPC (un questionnaire à remplir)
  • Examen : une série de questions vous est proposée à propos de l'article distribué deux semaines auparavant (2'30)
    		•

    Note : Ce plan est susceptible d'être modifié en fonction de l'avancement des cours et d'éventuelles indisponibilités. Il sera remis à jour régulièrement, pensez à le consulter pour connaître le sujet de la prochaine séance. Cependant, le contenu global du cours ne sera pas modifié, seuls d'éventuels décalages dans le temps par rapport au document ci-dessous sont envisagés.

    Intervenants :
    Jean-Marie Mouchel (CEREVE)
    Michel Robert (INRA et Ministère de l'Environnement)
    Philippe Cambier (INRA)
    Julien Némery (UMR-Sisyphe, Paris VI)
    Bruno Tassin (CEREVE)
    Birgitte Vinçon (CEREVE)
    Alexis Groleau (LGE - Paris VII)
    Catherine Gourlay (CEREVE)
    Marie-Hélène Tusseau (CEMAGREF)

    Supports de cours

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    1. Cours Transport (poly : équations différentielles, advection, dispersion, rivière et estuaire ....)
    2. Notions de bases sur les équations différentielles appliquées à la simulation des processus biogéochimiques (transparents)
    3. Quelques éléments sur la difficulté d'appréhender la qualité de l'eau en rivière (petit poly)
    4. Diffusion et dispersion en rivière, images de traçages (transparents)
    5. "Temps de résidence et fonctions de transfert" (transparents)
    6. "Turbulence" (transparents)
    7. "De la physique aux équilibres chimiques (pour les -presque- nuls)" (poly)
    8. "Quelques éléments sur les enzymes" (poly)
    9. "Modélisation de la dégradation des matières organiques" (transparents)
    10. "Eléments sur la photosynthèse et le phytoplancton" (transparents)
    11. "Renouvellement des stocks d’azote organique des sols" (transparents, MB)
    12. "Flux et transformations de l'azote" (transparents, JMM)
    13. "Importance de la complexation des métaux" (transparents, JMM)
    14. "Elements sur des processus RedOx" (transparents)
    15. "Origine et devenir du phosphore dans un bassin versant" (transparents, JN)
    16. "Technique DGT pour la mesure des métaux labiles" (transparents MHT)
    17. "Biodisponibilité des micropolluants organiques" (transparents CG)
    18. Correction de la composition et notes (promotion 98-99)

      19.  
    Accès au plan de l'année 98-99
    Accès au plan de l'année 99-00
    Accès au plan de l'année 00-01


    Si vous avez des questions à me poser n'hésitez pas à utiliser le courrier électronique : mouchel@cergrene.enpc.fr

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