Parcours Geophysics and Earth Imaging 1re et 2e années

L’objectif du cours est de fournir aux étudiants.e.s, dès le début du Master, des outils pour identifier et récupérer des données géophysiques dans les systèmes internationaux de distribution de données, et d'appliquer quelques traitements simple sur les données. Les 3 types de données sont a) les données sismologiques, et leur application pour la localisation des séismes ; b) les données GNSS (Global Navigation Satellite System) ; c) les données sur le champ magnétique terrestre, avec une application sur la reconstruction du champ magnétique à la surface du noyau terrestre. Les Travaux Pratiques forment le cœur du module, et sont préparés à travers de cours d’introduction sur chacun des trois domaines. Prérequis : Connaissance de base sur la terre interne et les séismes et/ou des ondes et champs physiques. Langue : Anglais

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The objective of the course is to provide students, from the beginning of the Master's degree, with tools to identify and retrieve geophysical data from international data distribution systems, and to apply some simple processing on the data. The 3 types of data are a) seismological data, and their application to earthquake location; b) GNSS (Global Navigation Satellite System) data; c) Earth's magnetic field data, with an application to the reconstruction of the magnetic field at the surface of the Earth's core. The practical work on applications forms the core of the module, and is prepared through introductory courses in each of the three areas. Requirements: Basic knowledge on the Solid Earth and/or Waves and potential fields. Language: English

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Cette UE propose un tour guidé de l’intérieur de la Terre, de la croûte jusqu’au noyau. On y présente les principaux observables et outils d’investigations de l’intérieur de la Terre (sismologie, minéralogie, thermique, géochimie, gravité, géomagnétisme) que l’on utilise pour décrire et expliquer les processus en jeux (formation de la croûte, tectonique des plaques et convection mantellique, génération du champ magnétique). Une approche historique est souvent privilégiée : l’accent est mis sur la construction et l’évolution de notre compréhension de la structure interne de la Terre et de son fonctionnement, en explicitant les découvertes et avancées conceptuelles ayant menées à notre vision actuelle du fonctionnement de la Terre. Le déroulement de l’UE inclut deux séances de présentations par groupes d’articles historiques ou récents.

Langue d'enseignement : Anglais

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This course offers a guided tour of the Earth's interior, from the crust to the core. The main observables and tools for investigating the Earth's interior (seismology, mineralogy, heat transfer, geochemistry, gravity, geomagnetism) are presented and used to describe and explain key processes (crust formation, plate tectonics and mantle convection, magnetic field generation). A historical approach is often privileged: the emphasis is put on the construction and evolution of our understanding of the internal structure of the Earth and its behaviour, by presenting the discoveries and conceptual advances that have led to our current vision of the Earth. The course includes two sessions of group presentations of historical or recent papers.

Teaching language: English

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Le but de ce cours est de couvrir les principes fondamentaux du traitement des données numériques pour des applications pratiques en géophysique. L'accent est mis sur la représentation et l'analyse des séries temporelles, telles que les signaux sismiques, même si les concepts peuvent être transposés à tout signal numérique unidimensionnel. Un objectif majeur du cours est d'illustrer certains des nombreux pièges et problèmes que les futurs géophysiciens peuvent rencontrer lors de l'analyse des signaux.

Le cours couvrira 4 chapitres (24h):
(1) Représentation des données et les transformées fondamentales
(2) Convolution, corrélation, et théorie de l'échantillonnage
(3) Le filtrage
(4) Méthodes et outils avancés

Une part importante du temps sera consacrée à des travaux pratiques sur ordinateur (d'une durée de 4 heures), qui couvriront tous les principaux sujets (28h): Transformée de Fourier et échantillonnage, convolution et corrélation, mesures des retards temporels/déphasages, filtres, analyse temps-fréquence et FK).

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The scope of this course is to cover the fundamentals of numerical data processing for practical applications in geophysics. The main emphasis is on the representation and analysis of time series, such as seismic signals, even though the concepts can be transposed to any single dimension numerical signal. One major aim of the course is to illustrate some of the many pitfalls and problems that future geophysicists can come across when analyzing signals.

The course will cover 4 chapters (about 24h)
(1) Data representation and fundamental transforms
(2) Convolution, correlation, and theory of sampling
(3) Filtering
(4) Advanced methods and tools

A significant amount of time will be dedicated to (4h-long) practicals on computers (28h), which will cover all the main topics: Fourier transform and sampling, convolution and correlation, measurements of time delays/phase shifts, filters, time-frequency analysis and FK).

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Ce module est destiné à acquérir et approfondir les bases de la programmation informatique et des environnements informatiques qui seront utilisés pendant toute la durée du master. Il est constitué de 6 heures de cours et de 18 heures de travaux pratiques sur ordinateur. Les séances pratiques s'adaptent au niveau de chaque étudiant.

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This module is intended to acquire and deepen the basics of computer programming and computer environments that will be used throughout the Master's programme. It consists of 6 hours of lectures and 18 hours of practical work on computers. The practical sessions are adapted to the level of each student.

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Le cours de physique des ondes a pour but de donner aux étudiant-e-s les connaissances théoriques nécessaires à l'étude de la propagation des ondes pour la géophysique. Le cours traite des notions suivantes :
- Propagation d'ondes acoustiques dans les fluides, en milieux infinis et bornés (ondes guidées)
- Fonctions de Green dans les fluides
- Propagation d'ondes élastiques dans les solides
- Lois de réfraction, principe de Huygens, diffraction de Khirkchoff
- Ondes de Rayleigh, de Love, de Lamb, de Scholte, de Stoneley

Le cours est illustré par des travaux pratiques permettant la mise en application de ces notions :
- Mesure et inversion de la propagation d'onde de Lamb
- Ondes stationnaires dans un tube de Kundt
- Imagerie ultrasonore

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The wave physics course aims to provide students with the theoretical knowledge necessary to study wave propagation for geophysics. The course covers the following concepts
- Propagation of acoustic waves in fluids, in infinite and bounded media (guided waves)
- Green's functions in fluids
- Propagation of elastic waves in solids
- Laws of refraction, Huygens' principle, Khirkchoff's theory of diffraction
- Rayleigh, Love, Lamb, Scholte, Stoneley waves

The course is illustrated by practical work allowing the application of these concepts:
- Measurement and inversion of Lamb wave propagation
- Standing waves in a Kundt's tube
- Ultrasonic imaging

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Le cours de géomécanique applique les principes de la mécanique des milieux continus à des problèmes concrets de la Terre Solide.

Le module est articulé par un va-et-vient entre :

- un cours complet présentant les bases de géomécanique, ce qui permet une remise à niveau pour les étudiants n'ayant jamais abordé la mécanique des milieux continus,

- de nombreux exemples d'application issus d'études réelles, géotechniques aussi bien que géodynamiques. La vaste base d'exercice permet aux étudiants ayant déjà les bases de mécanique de s'exercer à la lecture de données et à appliquer la démarche géomécanique de façon plus appliquée que dans leur cursus antérieur.

Ainsi, au sortir du module les étudiants devraient avoir de solides bases en

- mécanique des milieux continus

- l'utilisation et la mesure des propriétés élastiques des matériaux

- l'emploi de critère de rupture pour jauger de la stabilité mécanique d'un structure : phénomènes de friction et de fracturation.

Evaluation :

Un CC à mi-parcours comptant pour 50% de la note

Un examen terminal comptant pour 50% de la note

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The geomechanics course applies the principles of continuum mechanics to concrete problems of the Solid Earth.

The module is articulated by a back-and-forth between:

- a complete course presenting the basics of geomechanics, which allows a refresher for students who have never studied continuum mechanics,

- numerous application examples from real studies, both geotechnical and geodynamic. The large exercise base allows students who already have the basics of mechanics to practice reading data and applying the geomechanical approach in a more applied way than in their previous course.

Thus, at the end of the module, students should have a solid foundation in

- mechanics of continuous media

- the use and measurement of elastic properties of materials

- the use of failure criteria to gauge the mechanical stability of a structure: friction and fracturing phenomena.

Evaluation:

A mid-term CC counting for 50% of the grade

A final exam accounting for 50% of the grade

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Ce cours est une introduction à l'utilisation de méthodes de prospection géophysique basiques (sismique réfraction, soundage électrique, cartographie EM). Un effort est fait vers le traitement et l'acquisition des données sur le terrain et surtour leur interprétation en termes géologiques et hydrologiques dans des milieux simples.

This course is an introduction to the use of basic geophysical prospecting methods (seismic refraction, electrical sounding, EM mapping). An effort is made towards the processing and acquisition of data in the field and especially their interpretation in geological and hydrological terms in simple environments.

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L’atelier de rentrée vise à mettre en perspective votre projet professionnel et la variété des sciences de la terre, en s’appuyant sur des conférences, les soutenance des stages courts de la promotion précédente, et 3 jours de terrain introductif.

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Cet enseignement s'intéresse à la dynamique interne de la Terre d'un point de vue déterministe, en se reposant sur les principes élémentaires de la physique.  Les thèmes couverts incluent le comportement rhéologique du manteau et de la lithosphère, la convection mantellique et la tectonique des plaques, la dynamique du noyau et la génération du champ magnétique terrestre. Pour chacun de ces thèmes, les problèmes sont abordés de différentes manières: analyses en ordres de grandeurs, résolutions analytiques, discussion des informations fournies par les observations, apports des simulations numériques et des études expérimentales.

Langue d'enseignement: Anglais par défaut, français si tous les étudiants sont francophones.

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This course focuses on the dynamics of the deep Earth from a deterministic point of view, based on elementary principles of physics.  Topics covered include the rheological behavior of the mantle and lithosphere, mantle convection and plate tectonics, core dynamics and the generation of the Earth's magnetic field. For each of these topics, the problems are approached in different ways: order-of-magnitude analyses, analytical resolutions, discussion of the informations provided by observations, contributions from numerical simulations and experimental studies.

Teaching language: english

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Ce cours est une introduction à l'utilisation de méthodes de prospection géophysique basiques (sismique réfraction, soundage électrique, cartographie EM). Un effort est fait vers le traitement et l'acquisition des données sur le terrain et surtour leur interprétation en termes géologiques et hydrologiques dans des milieux simples.

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This course is an introduction to the use of basic geophysical prospecting methods (seismic refraction, electrical sounding, EM mapping). An effort is made towards the processing and acquisition of data in the field and especially their interpretation in geological and hydrological terms in simple environments.

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Dans tous les domaines scientifiques (économie, santé, physique, chimie,...), nous mesurons/collectons des données ou des observations et essayons de les comprendre et de les interpréter.
Pour interpréter ces données complexes, nous proposons des modèles "simples", par exemple :

- en météorologie, les données sont la température, l'humidité, etc, les modèles sont une collection de boîtes/cellules reliées par des relations physiques.
- en sciences de la terre, les données sont collectées par des satellites, des instruments au sol, et les modèles proposent une vue simplifiée de la dynamique terrestre.

Dans le premier cas, nous sommes plus intéressés par les données (quelles sont les prévisions pour la semaine prochaine ?) que par le modèle (cellules),
Dans le second cas, nous nous intéressons à l'interprétation des données plutôt qu'aux données elles-mêmes.

La relation modèle->données est appelée le problème direct, l'inverse est appelé le problème inverse.

Résoudre un problème inverse revient à répondre à la question suivante : Étant donné certaines données, comment pouvons-nous retrouver le modèle et les paramètres qui les expliquent ?

Le cours explore la résolution de problèmes d'inversion linéaires et la manière de résoudre de manière itérative des problèmes inverses non linéaires.
Nous nous appuyons sur un minimum de théorie et utilisons des applications numériques

prérequis: des bases d'algèbre linéaire (vecteur, matrice, transposé, produit scalaire,...) et une experience minimum de programmation python (ou matlab)

language: français ou anglais

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In every fields of science (economy, health, physics, chemistry,..), we measure/collect data or observations and try to understand and interpret them.
To interpret these complex data, we propose "simple" models, for example:

- in meteorology, data are temperature, humidity, etc, models are collection of boxes/cells linked through physical relationships.
- in earth-science, data are collected from satellites, ground instruments, and models propose a simplified view of earth dynamic

In the first case we are more interested in the data (what is the forecast for next week?) than in the model (cells),
In the second case we focus on the interpretation of the data rather than the data themselves.

The relation model->data is called the direct problem, the reverse is called the inverse problem.

Solving an inverse problem is answering the question: Given some data, how can we retrieve the model and parameters that explain them?

The course explores the solution of linear inversion problems and how to solve iteratively non linear inverse problems.
This is done by using a light theoretical background and playing on computer with applications.

prerequisite: basic knowledge of linear algebra (vector, matrices, transposition, dot product, etc...), some python (or matlab) programming experience

Language: english or french

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Description: L’objectif de ce module est d’apporter les connaissances de base d’une part sur la physique des processus magmatiques et éruptifs se produisant dans les volcans et d’autre part sur les principales méthodes d’étude et de surveillance volcanologique. En particulier, les forces et les paramètres contrôlant le transport et le stockage de magma des zones de production vers la surface seront expliqués et illustrés à l’aide de TD. Dans le cadre de l’étude des dynamismes éruptifs, seront abordées les différents modes d'éruptions des produits volcaniques (panache, coulée pyroclastique, dôme, coulée de lave) et leurs mécanismes physiques. Les méthodes géophysiques de surveillance les plus utilisées (sismologie, déformation, étude des émissions de gaz) seront présentées en montrant leurs contributions à la prédiction des éruptions et à la connaissance des processus volcaniques. Les différentes méthodes de télédétection employées dans ce domaine (imagerie optique, thermique, radar) seront décrites en insistant sur les spécificités de ces techniques pour leurs applications à la volcanologie et à la surveillance. Pré-requis: Aucun. Langue d'ensignement: Anglais

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The aim of this module is to provide a basic understanding of the physics of magmatic and eruptive processes occurring in volcanoes and of the main methods of volcanological study and monitoring. In particular, the forces and parameters controlling the transport and storage of magma from the production zones to the surface will be explained and illustrated with the help of tutorials. In the context of the study of eruptive dynamics, the different modes of eruption of volcanic products (plume, pyroclastic flow, dome, lava flow) and their physical mechanisms will be discussed. The most commonly used geophysical monitoring methods (seismology, deformation, gas emission studies) will be presented, showing their contribution to the prediction of eruptions and the knowledge of volcanic processes. The different remote sensing methods used in this field (optical, thermal and radar imagery) will be described, with emphasis on the specificities of these techniques for their application to volcanology and monitoring. Teaching language: English.

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Ce module propose l'application pratique des connaissances acquises dans le module "Geophysical observation of the Earth" dans les disciplines de la sismologie et de la géodésie spatiale par GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Il s'agit de s'approprier l'ensemble de la chaîne de la mesure GNSS: la prise en main du récepteur, le déploiement de la station GNSS avec un centrage précis de l'antenne réceptrice des signaux GNSS, le déchargement et le formattage des données acquises. L'analyse de ces données avec un logiciel open source permettra d'atteindre une précision du positionnement de quelques mm. La cible des mesures sera un glissement de terrain dans le Trièves. Nous quantifierons son taux de déplacement en combinant les mesures effectuées avec les observations des années précédentes.

Pour la sismologie, il s'agira de déployer une station sismologique classique complétée par des instruments de nouvelle génération de type 'nodes' et éventuellement fibre optique, technique DAS. Nous aborderons les questions du choix de site en fonction des conditions de bruit ambiant, d'installation précise du capteur, de datation des données par GPS et de récupération de données télémétrées. La cible des mesures sera le même glissement de terrain dans le Trièves. Nous étudierons les approches sismologiques pour caractériser à la fois les propriétés sismiques de ce glissement et leur évolution temporelle.

Prérequis: avoir suivi le module "Geophysical Observation of the Earth" au semestre 1

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This module proposes the practical application of the knowledge acquired in the module "Geophysical observation of the Earth" in the disciplines of seismology and space geodesy by GNSS (Global Navigation Satellite Systems). The aim is to master the entire GNSS measurement chain: handling the receiver, deploying the GNSS station with precise centring of the antenna receiving the GNSS signal, downloading and formatting the acquired data. The analysis of these data with an open source software will allow to reach a positioning accuracy of a few mm. The target of the measurements will be a landslide in the Trièves region. We will quantify its rate of displacement by combining the measurements taken with observations from previous years.
For seismology, we will deploy a classic seismological station completed by new generation instruments of the 'nodes' type and possibly fibre optics, DAS technique. We will address the issues of site selection according to ambient noise conditions, precise sensor installation, GPS data dating and remote data recovery. The target of the measurements will be the same landslide in the Trièves region. We will study seismological approaches to characterise both the seismic properties of this landslide and their temporal evolution.

Prerequisite: having followed the module "Geophysical observation of the Earth" in S1

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L'objectif de ce cours est de comprendre les principes et la mise en application des méthodes de machine learning (apprentissage automatique, une des branches de l'intelligence artificielle) dans le cadre des géosciences. Pour cela, nous introduirons les concepts, les principaux usages en géosciences (détection/compréhension de phénomènes naturels à partir d'imagerie satellitaire, de séries temporelles, etc), les principaux problèmes traités (Régression, classification et apprentissage non-supervisé) ainsi que les principales méthodes (forêts aléatoires, PCA..). Pour finir, nous introduirons de façon succinte les méthodes d'apprentissage profond (deep learning).

Le but premier de ce cours est de savoir utiliser par soi-même ces outils, de comprendre les principaux verrous, mais aussi d'en comprendre les limites. Pour cela, le module s'appuie sur 12h de TP en langage Python.

Pré-requis:
Notions de base en programmation Python, ainsi qu'en mathématiques.

Langues: Anglais, Français

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The objective of this course is to understand the principles and the application of machine learning methods (one of the branches of artificial intelligence) in the context of geosciences. To do so, we will introduce the concepts, the main uses in geosciences (detection/understanding of natural phenomena from satellite imagery, time series, etc.), the main problems addressed (regression, classification and unsupervised learning) as well as the main methods (random forests, PCA..). Finally, we will briefly introduce deep learning methods.

The main goal of this course is to know how to use these tools by oneself, to understand the main problems, but also to understand their limits. For this, the module is based on 12 hours of practical work in Python.

Pre-requisites:
Basic knowledge of Python programming and mathematics.

Languages: English, French

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L'objectif de ce module est d'acquérir les principes des méthodes de base du calcul scientifique et de leur implémentation dans des codes informatiques. Les méthodes sont présentées de façon simplifiée en insistant sur les idées qui les portent, puis elles sont mises en oeuvre dans des programmes informatiques (en python ou matlab) sur des exemples simples en lien avec les géosciences.

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The objective of this module is to acquire the principles of the basic methods of scientific computing and their implementation in computer codes. The methods are presented in a simplified way, insisting on the ideas behind them, then they are implemented in computer programs (in Python or Matlab) on simple examples related to geosciences.

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Le stage offre un enseignement pratique dans lequel ils mettent en œuvre les méthodes géophysiques et géologiques classiquement utilisées en Géosciences Marines. Notamment, au cours du stage, les étudiants participeront à une campagne d’acquisition de sismique réflexion à bord du Thétys II, navire côtier de la Flotte Océanique Française, affrété par l’INSU et géré par l’IFREMER.

L’objet étudié est la marge continentale nord ligure, au large de Nice, qui constitue un exemple remarquable de marge passive.  Le programme du stage comprend (sous la direction d’un enseignant, et avec l’aide d’un technicien) la mise en œuvre par les étudiants des principales techniques d’acquisition de données utilisées en Sciences de la Terre: 

-       les principes de la navigation et du positionnement (GPS, tenue d’une feuille de route); 

-       la bathymétrie (canyons, levés sédimentaires, pente continentale, plateaux,...); 

-       la mise en œuvre de la sismique-réflexion multitrace, le long de grands profils coupant l'ensemble de la marge Ligure. 

Ces profils sont complétés par des profils croisés en haut ou en base de pente, afin d’initier les étudiants à l’étude et à la reconstruction en trois dimensions des corps sédimentaires. De retour en salle, les étudiants traitent et interprètent les données acquises en mer, dans le cadre de la géologie régionale et de la tectonique globale. 

 Le stage est aménagé différemment pour les étudiants du parcours Géophysique et ceux des parcours GéoRessources/Géodynamique, avec un poids différent pour les 3 parties du stage : 

(1) campagne d’acquisition en mer 

(2) traitement des profils sismiques avec Seismic Unix 

(3) interprétation des profils de sismique réflexion 

Pour les étudiants en géophysique, l’accent est mis sur l’acquisition et le traitement. Par exemple, une session en mer est prévue pour évaluer l’importance des paramètres d’acquisition sur la résolution et la pénétration des profils obtenus. 

 Pour les autres étudiants, l’interprétation des profils est plus développée et complétée d’un cours sur l'histoire tectono-sédimentaire de la marge. Les étudiants pourront reconnaître sur les profils la surface d'érosion messinienne, la discordance du socle acoustique et des sédiments post-rift, la transgression des évaporites supérieures, le mode de dépôt de la série turbiditique quaternaire (canyons et cône profond du Var), la déformation tectonique de pied de marge (parfois diapirs de sel, failles actives de pied de marge et du bassin), la zone subsidente de pied de marge, enfin parfois, les séries syn-rift et les blocs basculés oligocènes (séries anté-rift).

L’effectif est restreint à 16 étudiants, répartis en 2 groupes en fonction de leur parcours au sein du master STPE.

L’évaluation se fait sur la base :

1. d’une fiche de synthèse à rendre juste après le stage. Ces fiches sont corrigées par les enseignants et peuvent servir de fiche de révisions par la suite
2. d’un oral portant sur les 3 thèmes abordés lors du stage : 
   1. Acquisition
   2. Traitement
   3. Interprétation

On attend l’étudiant une bonne connaissance de la propagation des ondes sismiques et des notions de sédimentologie. 

 Le traitement des profils sismiques s’effectue avec la suite logicielle « Seismic Unix », déjà présenté dans le module PAX8GPAB« Géophysique d’Exploration ». 

 Tous les étudiants participant au stage devront suivre deux séances de cours du module PAX8GRAC « Analyse de bassin ».

À l’issue du stage, les étudiants auront vu toute la chaîne de travail complète menée durant une campagne de géosciences marines, de la mesure géophysique sur le terrain à l’interprétation géologique des profils. Ils sauront notamment : 

-       Identifier les paramètres clés nécessaires à l’acquisition d’un profil sismique, en identifiant le matériel adéquat et en choisissant les paramètres pertinents pour obtenir des données avec la résolution et la pénétration nécessaires pour caractériser la cible étudiée.

-       Traiter les données brutes pour obtenir un profil sismique de qualité, débruité et migré. 

-       Identifier les artefacts et éviter les erreurs grossières lors de l’interprétation d’un profil sismique

-       Reconnaitre les structures sédimentaires dans une série de profil sismiques sur un volume 3D et les replacer dans l’histoire tectono-sédimentaire de la région étudiée.

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The field course offers a practical teaching in which they implement geophysical and geological methods classically used in Marine Geosciences. In particular, during the internship, students will participate in a seismic reflection acquisition campaign aboard the Thetys II, a coastal vessel of the French Oceanic Fleet, chartered by INSU and managed by IFREMER.
The object studied is the northern Ligurian continental margin, off Nice, which is a remarkable example of passive margin. The internship program includes (under the supervision of a teacher, and with the help of a technician) the implementation by the students of the main data acquisition techniques used in Earth Sciences
- principles of navigation and positioning (GPS, keeping a logbook);
- bathymetry (canyons, sedimentary surveys, continental slope, plateaus,...);
- the implementation of seismic-reflection multitracing, along large profiles cutting the entire Ligurian margin.
These profiles are completed by cross-sectional profiles at the top or bottom of the slope, in order to initiate the students to the study and the reconstruction in three dimensions of sedimentary bodies. Back in the classroom, the students process and interpret the data acquired at sea, in the context of regional geology and global tectonics.
The internship is organized differently for students in the Geophysics track and those in the GeoResources/Geodynamics track, with a different weight for the 3 parts of the internship:
(1) acquisition campaign at sea
(2) processing of seismic profiles with Seismic Unix
(3) interpretation of seismic reflection profiles
For geophysics students, the focus is on acquisition and processing. For example, an offshore session is planned to evaluate the importance of acquisition parameters on the resolution and penetration of the profiles obtained.
For the other students, the interpretation of the profiles is more developed and completed by a course on the tectonic-sedimentary history of the margin. Students will be able to recognize on the profiles the Messinian erosion surface, the unconformity of the acoustic basement and post-rift sediments, the transgression of the upper evaporites, the mode of deposition of the Quaternary turbidic series (canyons and deep Var cone), the tectonic deformation of the foot of the margin (sometimes salt diapirs, active faults of the foot of the margin and of the basin), the subsident zone of the foot of the margin, and finally sometimes, the syn-rift series and the Oligocene tilted blocks (ante-rift series).
The number of students is limited to 16, divided into 2 groups according to their course within the STPE master.
The evaluation is done on the basis of :
a summary sheet to be handed in right after the course. These sheets are corrected by the teachers and can be used as revision sheets afterwards
an oral exam on the 3 themes covered during the course:
Acquisition
Processing
Interpretation
Recommended prerequisites

The student is expected to have a good knowledge of seismic wave propagation and notions of sedimentology.
The processing of seismic profiles is done with the software suite " Seismic Unix ", already presented in the module PAX8GPAB " Exploration Geophysics ".
All students participating in the internship will be required to attend two sessions of module PAX8GRAC "Basin Analysis".
Targeted skills

At the end of the internship, students will have seen the complete work chain carried out during a marine geoscience campaign, from geophysical measurements in the field to the geological interpretation of profiles. In particular, they will know how to:
- Identify the key parameters needed to acquire a seismic profile, identifying the appropriate equipment and choosing the relevant parameters to obtain data with the resolution and penetration needed to characterize the target being studied.
- Process raw data to obtain a quality, debruised and migrated seismic profile.
- Identify artifacts and avoid gross errors when interpreting a seismic profile
- Recognize sedimentary structures in a series of seismic profiles on a 3D volume and place them in the tectonic-sedimentary history of the region studied.

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Au cours des années 60 à 90, de nombreuses études ont mis en évidence la sismicité déclenchée par les différents types de production de géo-ressources (exploitation minière, extraction de pétrole et de gaz, endiguement de réservoirs, production géothermique, approvisionnement en eau) et ont examiné les processus de déclenchement possibles. Un demi-siècle plus tard, les principaux défis pour la communauté des chercheurs restent d'être capable d'estimer où, quand, combien de temps durera la séquence de sismicité induite, et quelle est la taille maximale possible du séisme. Afin de répondre à ces questions, ce module revisite les études de cas liées à chaque type d'exploitation de géo-ressources en sélectionnant les cas où la sismicité et la déformation avant le début de l'exploitation sont documentées, et l'historique de la production est connu. Sur cette base, chacun des styles d'exploitation des géo-ressources est (i) analysé en termes de déformation induite et de sismicité observées et (ii) des modèles mécaniques des changements de contraintes induites associées dans le temps et l'espace sont présentés. Un accent particulier sera mis sur la répartition de la déformation entre la réponse plastique lente et la rupture sismique fragile en fonction du contexte géomécanique local (cadre tectonique, taux de forçage local, conditions limites).
Outre ces analyses globales, des outils permettant d'extraire des modèles de séries temporelles pour ces séquences de sismicité d'origine humaine seront définis à l'aide de lois statistiques sismologiques standard dans les domaines du temps, de l'espace et de la taille (par exemple, la distribution de la fréquence et de la taille, le déclenchement des répliques, etc.) Ces modèles et les lois dont ils découlent seront utilisés pour comparer les séquences de sismicité induite aux séquences de séismes tectoniques réguliers et à l'historique de la production. Certaines implications et applications pour la surveillance de la production seront discutées.

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During the 60'-90' numerous studies pinpointed on the evidence for seismicity triggered by the different types of geo-resource productions (mining, oil and gas extraction, reservoir impoundment, geothermal production, water supply) and discussed the possible triggering processes.  Half a century later, the key challenges for the research community remain to be able to estimate where, when, how long will the induced seismicity sequence last, and what is the maximum possible earthquake size. In order  address these  questions,  this module revisits case studies related to each type of geo-resource exploitations by selecting the cases where the seismicity and deformation before the exploitation onset are documented, and the production history is known. On such a basis, each of geo-resource exploitation styles are  (i) analyzed  in term of observed induced deformation and seismicity  and (ii) mechanical models of the associated induced stress changes over time and space are presented. A specific focus on the partitioning of the deformation between slow plastic response and brittle seismic failure will be developed as a function of the local geo-mechanical context (tectonic setting, local forcing rate, boundary conditions).

Apart from such these global analyses, tools to extract patterns of time series for these human induced seismicity sequences will be defined using standard statistical seismology law in time space and size domains (e.g. frequency size distribution, aftershocks triggering, ...). These patterns and laws they derive from, will be used to compare the induced seismicity sequences  both to the regular tectonic earthquake sequences and to the production history. Some implications-applications for production monitoring will be discussed.

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L'objectif du module Frontiers in Geophysics est de présenter deux méthodes innovantes en sismologie : les tomographie sismique par inversion de forme d'onde complète et l'utilisation d'enregistrement de bruit de fond sismique pour la tomographie crustale, et le suivi de l'évolution temporel de la croûte terrestre.

Le module s'appuie sur des cours magistraux ainsi que des TPs (matlab/python) sur les corrélations de bruit de fond sismique et les inversion de forme d'onde. Ainsi, la partie sur le bruit de fond sismique comporte 3 séances de TP et 12h de cours magistraux, tandis que le cours sur les inversions de forme d'onde comporte 18h de cours incluant des travaux pratiques.

Pré-requis recommandés :
Notions de base en sismologie, traitement du signal, en programmation (matlab et/ou python)

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The aim of the Frontiers in seismology module is to present two innovative methods in seismology: seismic tomography using full waveform inversion and the use of seismic ambient noise for tomography and monitoring the temporal evolution of the Earth's crust.

The module is based on lectures as well as practical work (matlab/python) on seismic noise correlations and waveform inversion. Thus, the part on seismic noise correlations includes 3 TP sessions and 12 hours of lectures, while the course on waveform inversions includes 18 hours of lectures including practical work.

Recommended prerequisites:
Basic knowledge in seismology, signal processing, programming (matlab and/or python)

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Le principal objectif du cours est d'introduire les équations fondamentales qui sous-tendent les approches théoriques et numériques utilisées en sismologie. Son but est de fournir des connaissances sur les bases mathématique et physique de la sismologie quantitative. Le cours comprend deux parties, une première sur les aspects théoriques liées à la propagation des ondes, une seconde portant plus spécifiquement sur l’étude des séismes et de la source sismique. Pré-requis recommandés
connaissances de bases en physique des ondes, sismologie et traitement de signal.

Langue d’enseignement: Anglais
Dans la partie 1 sont abordés des éléments de mécanique, les concepts d'ondes et de vibrations, la propagation des ondes sismiques dans les milieux à couches, le calcul des sismogrammes synthétiques, les ondes de surface, l'atténuation anélastique, la diffusion et la prédictions du mouvements du sol.
Dans la partie 2 traite de la représentation des sources sismiques, les mécanismes focaux, la cinématique et la directivité des ruptures, les lois d’échelles et la dynamique de la rupture.

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The main motivation of the course is to introduce the fundamental equations underlying the essential theoretical and numerical approaches used in seismology. Its objective is to provide basic knowledge of the mathematical and physical background for quantitative seismology. The course includes two parts, a first on the theoretical aspects related to wave propagation, a second focussed on the study of earthquakes and the seismic sources.
Part 1 are discussed elements of mechanics, the concepts of waves and vibrations, the propagation of seismic waves in layered media, synthetic seismograms computation, surface waves, anelastic attenuation, scattering and ground motion predictions. Part 2 deals with the representation of seismic sources, the focal mechanisms, the kinematics and the directivity of the ruptures, scaling laws and rupture dynamics. Pré-requis recommandés:
Basic knowledge in Waves Physics, Seismology and Signal Processing

Langue d’enseignement: Anglais

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Le but de ce cours est (1) de récapituler les principes fondamentaux du traitement du signal pour des applications pratiques en géophysique et (2) d'introduire des outils et des méthodes plus avancés pour des observations en géophysiques toujours plus difficiles et des applications de traitement des données dans les sciences de la Terre. Le cours couvrira principalement deux sujets : les projections (données multidimensionnelles, beamforming, transformée en ondelettes...), et les signaux aléatoires. Les étudiants devront travailler et présenter un projet de traitement autour d'un sujet particulier choisi parmi une liste (environ 12h). Par exemple, les étudiants pourront travailler sur la déconvolution, implémenter un outil de débruitage, un outil de beamfoming haute résolution ou encore une décomposition temps-fréquence sur une base d'ondelettes.

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The scope of this course is (1) to recap the fundamentals of numerical data processing for practical applications in geophysics and (2) to introduce advanced tools and methods, for ever more challenging geophysical observations and processing applications in Earth sciences. The class will mostly cover two main topics: projections (multi-dimensional data, beamforming, wavelet transform...), and random signals. Students will have to work and present a particular processing project chosen among a list of topics as practical applications (about 12h). For instance, students could work on deconvolution, implement a denoising tool, a high-resolution beamforming or a wavelet-based time-frequency decomposition.

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L'objectif de ce cours orienté projet est d'approfondir, selon le choix de l'étudiant, un ou plusieurs aspects vus dans les cours "Modélisation numérique", "Traitement avancé du signal", "Assimilation de données" et "Advanced Machine learning" (selon votre parcours tout ou partie de ces options sont proposées) sur un projet réalisé en autonomie avec un enseignant-référent sur un sujet particulier.

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The objective of this project-oriented course is to deepen, according to the student's choices, one or more aspects seen in the "Numerical Modeling", "Advanced Signal Processing", "Advanced Machine Learning" and "Data Assimilation" (note that depending on your parcours / path, not all these courses may be accessible) courses on a project carried out in autonomy with a teacher-referent on a particular subject.

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Les failles actives sont celles qui produisent des séismes. Leur connaissance est donc un prérequis à toute analyse de l'aléa sismique. L'objectif du cours sur les failles actives est de familiariser les étudiants avec ces structures, et d'établir les liens et les propriétés communes entre les failles géologiques à long terme et les ruptures sismiques instantanées. Nous commençons par rappeler quelques bases en mécanique des roches et des fractures qui permettent de comprendre pourquoi la croûte terrestre et la lithosphère se rompent par des failles et des séismes. Nous verrons ensuite sur quels critères les failles les plus actives peuvent être identifiées dans la morphologie de surface. Les outils modernes permettant une telle identification sont décrits. Nous montrons que les failles sont des éléments organisés qui forment des systèmes hiérarchiques à plus grande échelle, dont la géométrie apporte des informations sur l'évolution, la cinématique et la mécanique des failles à long terme. La cinématique et l'évolution à long terme peuvent ensuite être quantifiées plus précisément à l'aide de données telles que la géomorphologie et la géochronologie. Nous discutons de ces méthodes de quantification, des hypothèses sur lesquelles elles reposent, de leurs implications en termes de taux de glissement des failles à long terme, de taille et de temps de récurrence des séismes, etc... Ensuite, nous revenons aux ruptures sismiques, que nous analysons avec un "œil géologique" (analyse des paramètres statiques). Ce faisant, nous soulignons les différences et les similitudes entre les ruptures sismiques et les failles à long terme, et nous discutons des propriétés des failles qui contrôlent le plus le comportement des séismes. Nous caractérisons également le comportement des failles au cours d'un cycle sismique unique, puis de plusieurs cycles sismiques, et nous présentons les complexités récemment découvertes du cycle sismique et de ses répétitions. En combinant les connaissances actuelles sur les failles et les séismes à long terme, nous essayons ensuite de comprendre comment les failles peuvent croître dans le temps, c'est-à-dire accumuler du glissement et se propager latéralement par la répétition de grands séismes. Nous suggérons enfin comment cette compréhension peut aider à anticiper l'occurrence et la taille des futurs séismes.

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Active faults are those producing earthquakes. Their knowledge is thus a prerequisite to any seismic hazard analysis. The objective of the ‘active faults’ class is to make the students familiar with these structures, and establish the links and common properties between long‐term geological faults and instantaneous earthquake ruptures. We start reminding a few basics in rock and fracture mechanics that allow understanding why the Earth crust and lithosphere break through faulting and earthquakes. We then see on which criteria most active faults can be identified in the surface morphology. The modern tools allowing such identification are described. We show that faults are organized features that form hierarchical, larger‐scale systems, whose geometry brings information on long‐term fault evolution, kinematics and mechanics. The long‐term kinematics and evolution can then be more precisely quantified using data such as geomorphology and geochronology. We discuss these methods of quantification, the assumptions on which they rely, their implications in terms of long‐term fault slip rates, earthquake sizes and recurrence times, etc... Then, we go back to earthquake ruptures, which we analyze with a ‘geological eye’ (analysis of static parameters). Doing so, we point out the differences and similarities between earthquake ruptures and long‐term faults, and discuss the properties of faults which most control the earthquake behavior. We also characterize how faults behave during a single, then multiple seismic cycles, and introduce the recently discovered complexities of both the seismic cycle and its repetitions. Combining the present knowledge on long‐term faults and earthquakes, we then try to understand how faults may grow in time, i.e., accumulate slip and propagate laterally through the repetition of large earthquakes. We eventually suggest how that understanding may help anticipating the occurrence and size of the future earthquakes.

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Cette UE hors les murs prend la forme d'une école de deux semaines, réunissant les master-2 de Grenoble et de Lyon à des doctorants français et internationaux. Cette UE bénéficie de l'environnement propice de l'Ecole de Physique des Houches, et s'inscrit dans la filiation historique du lieu. Cette UE comprend 50 à 60 heures de cours magistraux par des professeurs internationaux, en anglais. Ces cours sont souvent accompagnés de séminaires plus spécifiques, et d'une excursion de terrain. Les cours et les enseignants changent chaque année, mais recouvrent l'essentiel des aspects liés à la Terre Interne (sismologie, géodynamique, minéralogie, géochimie), de la surface de la Terre au noyau.

Langue d’enseignement: Anglais

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This course takes the form of a two-week school, bringing together master students from Grenoble and Lyon with french and international PhD students. This course benefits from the favourable environment of the Ecole de Physique des Houches, and is in line with the historical filiation of the place. This course includes 50 to 60 hours of lectures by international professors, in English. These lectures are often accompanied by more specific seminars, and a field trip. The courses and teachers change each year, but cover most aspects related to the interior of the Earth (seismology, geodynamics, mineralogy, geochemistry), from the surface of the Earth to the core.

Teaching anguage: English

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Ce cours aborde les principales techniques géophysiques de caractérisation (et de suivi temporel) des couches superficielles (premières dizaines de mètres) avec des applications en risques naturels, environnement et en géotechnique. Il se veut très orienté données en combinant connaissances théoriques et méthodologiques, acquisitions et traitement de données, interprétation.

En pratique, il aborde les techniques de tomographies sismiques et électriques, d’inversions d’ondes de surface, de bruit sismique et de géoradar. Chacune de ces techniques sera illustrée lors de TD/TP avec des logiciels spécifiques, libres de droit. 2 sorties terrain seront organisées : une approche multiméthode de caractérisation d’un glissement de terrain qui constituera le projet principal du module et une seconde, concernant le géoradar et l’imagerie de structures sédimentaires.

Figure 1 – Left :  GPR imaging of ice accumulation in Antarctics. Right : Example of field seismic acquisition.

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This course covers the main geophysical techniques for characterizing (and of temporal monitoring) surface layers (the first few tens of meters), with applications to natural hazards, the environment and geotechnics. It is highly data-oriented, combining theoretical and methodological knowledge, data acquisition and processing, and interpretation.

In practical terms, it covers seismic and electrical tomography techniques, surface wave inversions, seismic noise and Ground Penetrating Radar. Each of these techniques will be illustrated during TD/TP sessions using specific, royalty-free software. 2 field trips will be organized: a multi-method approach to characterizing a landslide, which will be the module's main project, and a second, involving Georadar and imaging of sedimentary structures.

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A new course that will follow the one in the 2nd semester of the first year, but that can also be chosen by students with previous experience in the field. A detailed description will be posted later, in the meantime look at the corresponding UE of the first year.

Ce cours présente les principales méthodes d'apprentissage profond pertinentes pour les applications des sciences de la Terre, où le traitement des séries temporelles et des images (parfois bruitées, incomplètes) et la prévision sont des problèmes de routine. Cela inclut par exemple les réseaux neuronaux convolutifs, les réseaux neuronaux récurrents et les réseaux génératifs.

Pré-requis : Idéalement : Introduction à l'apprentissage automatique en sciences de la Terre, cours de la première année de Master STPE. Sinon : bonne connaissance de Python, notions de base en calcul différentiel et algèbre linéaire.

Langues : Anglais, Français

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L'objectif de cette UE est de former les étudiants aux méthodes numériques utilisées pour résoudre les équations aux dérivées partielles classiques des sciences de la Terre, avec des méthodes de type différences-finies, élements finis, methodes spectrales, ... Cette UE s'articule autour de cours magistraux théoriques présentant les méthodes et leur propriétées numériques, et des travaux pratiques de mise en oeuvre sur des problèmes pratiques simples. La mise en pratique sur des problèmes plus complexes et l'approfondissement des méthodes sera abordé dans l'UE orientée projet "Computing and data analysis Project"

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The objective of this course is to train students in the numerical methods used to solve the classical partial differential equations of the Earth sciences, with methods such as finite difference, finite element, spectral methods, ... This course is structured around theoretical lectures presenting the methods and their numerical properties, and practical work on simple practical problems. The practical application on more complex problems and the deepening of the methods will be approached in the project-oriented UE "Computing and data analysis Project".

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Ce stage doit a minima être réalisé durant 6 semaines. Il a vocation à découvrir le milieu professionnel, entreprise ou laboratoire de recherche, dont les thématiques sont en lien avec les objectifs de chaque parcours.

This internship must be carried out for at least 6 weeks. It aims to discover the professional environment, business or research laboratory, whose themes are linked to the objectives of each course.

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Ce stage a une durée minimale de 4 mois et constitue la finalisation du projet de master de chaque étudiant. Il peut servir comme passerelle d'entrée dans le monde professionnelle ou préparatoire à un doctorat. Il doit être en lien proche du parcours de master choisi. 

This internship has a minimum duration of 4 months and constitutes the finalization of each student's master's project. It can serve as a gateway to the professional world or preparatory to a doctorate. It must be closely linked to the chosen master's course.

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