Programme des cours 2015-2016
GEOG2029-1  
Modélisation en géomorphologie
  • Géomatique appliquée à la géomorphologie
  • Introduction à la modélisation en géomorphologie
  • Introduction à la modélisation hydrologique
Durée :
Géomatique appliquée à la géomorphologie : 10h Th, 10h Pr
Introduction à la modélisation en géomorphologie : 20h Th, 20h Pr
Introduction à la modélisation hydrologique : 10h Th, 20h Pr
Nombre de crédits :
Master en sciences géographiques, orientation climatologie, à finalité10
Nom du professeur :
Géomatique appliquée à la géomorphologie : Yves Cornet
Introduction à la modélisation en géomorphologie : Aurelia Hubert
Introduction à la modélisation hydrologique : Eric Hallot
Coordinateur(s) :
N...
Langue(s) du cours :
Langue française
Organisation et évaluation :
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus du cours :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Le cours expose une série de thèmes relevant des méthodes quantitatives de la géographie et plus spécifiquement géomorphométrie. Certains de ces thèmes doivent être choisis par les étudiants en fonction de leur domaine de recherche dans le cadre de leur TFE. A chaque thème correspond un certain nombre d'heures de cours et d'exercices.
Le nombre total d'heures choisi ne doit pas dépasser le volume horaire de ce cours. L'estimation de la durée de la formation pour chaque thème est minimale. En début de formation, la durée effective des exercices peut être 2 fois plus longue que celle signalée.
La liste des thèmes est la suivante : - Thème 1: Segmentation d'image (~4 h.) - Thème 2: Squelettisation et vectorisation (~2 h.) - Thème 3: Extraction des caractéristiques du réseau hydrographique à partir de MNE (MNT et MNS) (~6 h.) - Thème 4: Calcul d'indice d'asymétrie des bassins versants à partir d'un MNE (~3 h.) - Thème 5: Calcul de la densité linéaire de drainage (~2 h.) - Thème 6: Surface enveloppe - carte des sommets - à partir d'un MNE (~2 h.) - Thème 7: Calcul d'indices morphométriques sur MNE et classification morphologique (~4 h.)
- Thème 8: Calcul de l'indice de confinement en topoclimatologie (~1 h.)- Thème 9: Modélisation climatique - facteurs physiographiques (~3 h.)
Les deux derniers sujets sont spécialement destinés aux étudiants en climatologie qui choisissent ce cours en option.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Ce cours recherche à introduire le concept de modélisation, et les différentes approches existant plus particulièrement en géomorphologie dans ce domaine.
Quand il y a plus de deux étudiants inscrit, le cours commence par une introduction générale sur la diversité des modèles existants (modélisation spatiale ou non-spatiale, statique ou dynamique, physique ou statistique, expérimentale ou numérique). Il comprend ensuite deux differents exemples de modélisation étudiés plus en détail:
 - un exemple de modélisation analogique visant à mieux comprendre l'évolution morphologique du piémont d'une chaîne de montagnes et les interactions entre processus tectoniques et processus de surface;   - un exemple de modélisation numérique des déformations élastiques de la croûte terrestre utilisant la contrainte de Coulomb.
La suite du cours se base ensuite sur le livre de Pelletier J., Quantitative Modeling of Earth Surface Processes. Dans ce cadre la, le cours présente particualièrement 3 chapitres:
-la mise en équation des différents processus du système géomorphologique;
-les modélisations en géomorphologie utilisant l'équation de la diffusion et l'équation d'advection,
-les principes et les limitations des différentes routines d'écoulement.
Introduction à la modélisation hydrologique
Ce cours introduit aux concepts de modélisation et aux différentes approches existantes en hydrologie d'un point de vue géomorphologique.
S'il y a plus de deux étudiants, le cours comporte :
-      Une introduction aux différents modèles (empirique, conceptuel, à base physique...)
-      Un premier exemple de recherche de relations entre la morphométrie et les caractéristiques physiques des bassins versants et l'hydrologie de ces derniers.
-      Un second exemple basé sur la validation de sorties de modèles climatiques au travers des données hydrologiques par l'utilisation d'un modèle pluie-débit sur un bassin élémentaire.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
L'objectif principal de ce cours est de permettre, notemment dans le cadre des mémoires de géomorphologie, l'exploitation de différents logiciels (Erdas Imagine, ArcGIS & ArcGis, QGIS et SAGA, Statistica et programmation sous Matlab ...). Ce cours doit favoriser la mise en pratique de connaissances théoriques acquises lors de divers cours des précédentes années d'étude (télédétection, analyse spatiale, analyse numérique, statistiques et mathématiques, cartographie , programmation; géomorphologie ...).
Au terme des séances, l'étudiant sera capable d'atteindre un niveau d'autonomie suffisant dans l'exploitation de ces outils pour développer ses propres méthodes de recherche et d'expérimentation numérique en découvrant par lui-même les potentialités offertes par ces outils professionnels. Lors des séances, ces potentialités sont illustrées par une série d'applications relevant de la modélisation spatiale et métrologie (topométrie) dans différents domaines de la géomorphologie.
Lors du cours, une attention particulière sera accorée à la complémentarité des outils. Quels outils choisir et combiner pour solutionner un problème spécifique ? Comment assurer, entre ces différents outils, le flux des données et résultats de chaque traitement.
Les étudiants devront dès lors être en mesure d'élargir par eux-même et en exploitant les aides en ligne et les forums de discussions sur les lorgiciels leur panel de fonctionnalités pour répondre à de nouvelles questions de recherche.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Le cours théorique vise à sensibiliser aux outils de modélisation en géomorphologie en mettant en évidence son apport essentiel de nos jours, ses limitations, son accessibilité même pour un étudiant n'ayant pas de connaissances en mathématiques et informatique poussées.
Les travaux pratiques visent à acquérir une pratique du processus de modélisation en utilisant en particulier Matlab et Excell pour simuler les problématiques d'une évolution diffusive des versants. D'autres programmes de modélisation sont utilisés en particulier pour travailler sur les changements de contraintes après un séismes (programme Coulomb 3, disponible à l'USGS à la page: http://earthquake.usgs.gov/research/software/). Finalement une analyse de la réponse hydrologique d'un bassin versant à Singapour est effectué en combinant une utilisation avancée d'ArcGIS et une modélisation des flux dans le logiciel SWMM.
 Ce cours permet à l'étudiant de réaliser qu'une certaine expertise en modélisation peut s'acquérir relativement rapidement et que la modélisation permet de résoudre des problèmes  dans des situations complexes
Introduction à la modélisation hydrologique
Le cours théorique vise à sensibiliser aux outils de modélisation hydrologique comme apport important à la géomorphologie et à la climatologie mais également à ses limites.
Les travaux pratiques visent à acquérir une expérience dans l'analyse et le traitement de données en utilisant différents logiciels (Excel, Matlab). D'autres modèles seront également utilisés en particulier pour simuler les relations pluies/débits. 
Ce cours permet à l'étudiant de prendre conscience, outre l'intérêt grandissant et les apports de ces techniques, de la complexité des phénomènes et des limites techniques de la modélisation.
Savoirs et compétences prérequis :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Le cours exploite essentiellement des notions et des outils logiciels expliqués aux cours de cartographie, télédétection et d'analyse spatiale. Il exploite aussi  quelques types traitements étudiés dans le cadre des cours de statistiques. En outre, il fait fréquemment référence aux notions étudiées au cours de mathématique et physique. Les notions spécifiques relevant ces cours sont brièvement rappelées pendant les séances y faisant appel.
Par ailleurs, le mode de réflexion et la rigueur d'analyse acquis lors de ces cours et aussi de la plupart des cours scientifiques (physique, méthode numériques, géodésie ...) du Bac et Master constitue un atout incontestable pour atteindre le niveau de performance et d'autonomie visé.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Formation en sciences de la Terre, en physique, mathématiques, statistique et analyse spatiale.
Introduction à la modélisation hydrologique
Formation en sciences de la Terre
Formation de base en physique, mathématiques, statistique et analyse spatiale.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Certains protocoles standards et algorithmes sont expliqués par l'enseignant mais l'étudiant doit approfondir ses connaissances sur ces méthodes, par lui-même, en exploitant les aides en ligne, les forums de discussions et les articles et text books scientifiques, si nécessaire. D'une part, l'étudiant applique, en autonomie contrôlée, ces protocoles et algorithmes à l'aide des outils logiciels mis à sa disposition. Les sets de données sont mis à sa disposition ou il doit les downloader sur le web et les prétraiter (SRTM p. ex.). D'autre part, l'étudiant devra réaliser, en autonomie complète, un exercice non expliqué au cours en exploitant les outils expliqués et en en trouvant d'autres si nécessaire. Cet exercice pourra, p. exemple, porté sur un des aspects du voyage didactique de géomorphologie réalisé en Master. Il fera l'objet de l'évaluation certificative. Par ailleurs, les étudiants ont accès gratuitement à la licence Idrisi et d'autres logiciels via le VPN de l'ULg. Pour obtenir l'information sur l'accès à ces logiciels, ils peuvent consulter l'adresse web suivante : http://www.gitan.ulg.ac.be/cms. Ce site fournit aussi le calendrier d'utilisation des salles de cours informatisée du B5a/4/18 ou du B5a/2/35. S'ils désirent en profiter pour s'exercer ou avancer dans leur projet de travaux pratiques, ils peuvent prendre contact avec le staff de l'Unité de Géomatique.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Diverses méthodes d'apprentissage sont utilisés:
- Cours théorique ex cathedra pour donner une base aux étudiants en modélisation et en illustrant les différents types de modélisation existant. Ce cours sera réduit et remplacé par d'autres activités s'il y a moins de trois étudiants inscrits.
- Séances de 2 à 3 heures de TP visant à acquérir une connaissance pratique informatique de la modélisation en géomorphologie (exemple : érosion par diffusion d'un escarpement de faille modélisé sous Excel et Matlab) et à utliser divers logiciels avec des niveaux de complexité variables. 
-  Visite du Laboratoire d'Hydraulique des Constructions ArGEnCo, qui leur permet de voir des modèles physiques de barages et de comprendre les problèmes de mise à l'échelle des modèles physiques.
Introduction à la modélisation hydrologique
La partie théorique du cours est de type ex cathedra par séance de deux ou trois heures. En fonction du type d'exercice,  5 séances théoriques seront soit réalisées par les étudiants en autonomie contrôlée, soit réalisées à leur convenance en dehors des plages horaires, chaque séance équivalant à 4 heures de travail.
Selon l'exercice, un rapport succinct sera demandé ou une correction en commun sera organisée.
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Les séances sont dispensées à l'Institut de Physique (B5a/2/35, B5a/2/42 ou B5a/4/18). L'horaire est fixé chaque année par le pool de secrétaires du Département de Géographie et est communiqué en temps voulu aux étudiants. Généralement, le cours est mis à l'horaire de 4 à 6 demi-journées pendant les mois d'octobre, novembre et éventuellement décembre. Une brève introduction théorique est faite en début de chaque exercice. Elle est de type ex cathedra. L'exercice est ensuite réalisé par les étudiants en autonomie contrôlée. Les exercices ne nécessitant pas l'assistance de la part du professeur sont effectués en dehors des plages horaires prévues au programme.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Le cours se déroule en séances de 2-3 heures comprenant aussi l'exposé d'un étudiant, post-doc ou chercheur à l'ULg utilisant la modélisation en géologie ou géomorphologie dans le cadre de ses recherches. 
Les séances de TP sont de 3 heures généralement et un rapport écrit est demandé après ces séances.
 
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Le support de cours et des travaux dirigés est constitué par une collection de diapositives numériques, de documents Word et d'extraits de publications et livres et des sets de données. Un set de données sur les thématiques du voyage didactique de géomorphologie abordées dans ce cours est notamment mis à la disposition des étudiants.
Nous leur recommandons néanmoins de consulte la littérature scientifique accessible via les outils mis à leur disposition par les UD de l'ULg ainsi que la littérature grise du web et  les aides et forums de discussions de logiciels exploités.
Nous recommandons aussi la consultation de l'ouvrage suivant : Zhilin Li, Qing Zhu & Christopher Gold, 2005. Digital Terrain Modeling. Principles and methodology. CRC Press, 323 p.
Les exercices destinés aux étudiants en climatologie sont inspirés de la thèse de doctorat de R. Van De Kekhove (2012) de l'UGent qui pourra être consultée dans mon bureau.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Ø Fichiers PowerPoint des présentations du cours sont disponibles. 
Ø Livres de référence et articles de référence :
o Pelletier J., Quantitative Modeling of Earth Surface Processes
o Graveleau F., Interactions Tectonique, Erosion, Sédimentation dans les avant pays de chaînes : Modélisation analogique et étude des piémonts de l'est du Tian Shan (Asie centrale), Thèse de doctorat de l'Université de Montpellier II
o King J., 2007, Fault Interaction, Earthquake Stress Changes, and the Evolution of Seismicity; Schubert, G. (ed) Treatise on Geophysics. Volume 4. pp. 225-256, Oxford: Elsevier Ltd
o Codilean A.T., Bishop P. and Hoey T.B., Surface process models and the links between tectonics and topography, Progress in Physical Geography 30, 3 (2006) pp. 307-333
 o Willgoose G., 2005, Mathematical modelling of whole landscape évolution, Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 33:443-59
o Pazzaglia F.J., 2003, Landscape evolution models, Development in quaternary science, vol. 1, DOI:10.1016/S1571-0866(03)01012-1
o Kirkby M.J., 1996, A Role for Theoretical Models in Geomorphology? , The Scientific Nature of Geomorphology, Proceedings of the 27th Binghamton Symposium in Geomorphology held 27-29 September 1996. Edited by Bruce L. Rhoads and Colin E. Thorn, J. Wiley & Sons Ltd.
Introduction à la modélisation hydrologique
Les présentations du cours et des exercices seront disponibles.
Des supports relatifs à chaque exercice (procédures, articles...) seront distribués à chaque séance.
Modalités d'évaluation et critères :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Une auto-évaluation non-certificative permanente est assurée pendant les séances d'exercices par une interaction forte entre étudiants et enseignants. L'exercice évalué de façon certificative consiste en l'analyse d'un problème particulier provenant des thématiques abordées lors du voyage didactique de géomorphologie et en la formulation d'une solution faisant appel à une série de fonctionnalités des outils logiciels utilisés ou non durant les séances de cours. Cette analyse et la solution proposée feront l'objet d'un rapport qui servira de base à un exposé et une interrogation orale. Le travail sera réalisé individuellement. Nous nous réservons néanmoins la possibilité de changer la procédure d'évaluation. Ces changements seront bien entendu réalisés en accord avec les étudiants qui en seront donc tenus au courant.
Les critères d'évaluation sont les suivants : clarté, cohérence, logique, rigueur, précision, exhaustivité, concision, pertinence, transversalité (au sein du cours et entre cours), qualité des interprétations mathématiques (signification mathématique des différents coefficients des équations p. ex.), physiques (dimensions et unités, ordre de grandeur - scaling, p. ex.) et géographiques (interaction spatio-temporelle mono et multivariées et nature - type- et signification des variables p. ex.). Le sens critique vis à vis des données utilisées (qualification, nature, signification, représentativité, normalisation ...) et des choix méthodologiques (justification des choix  des méthodes, des seuils adaptés, ...) sera également pris en considération lors de l'évaluation. Par ailleurs, les réponses seront aussi évaluées sur base de la qualité et l'originalité des illustrations graphiques car l'expression graphique constitue la spécificité du scientifique. Elle permet de démontrer la bonne compréhension du phénomène. Enfin, tout enrichissement d'une réponse par une culture scientifique personnelle riche constituera aussi un facteur d'évaluation de l'excellence.
Introduction à la modélisation en géomorphologie
L'évaluation se fonde sur le travail effectué de manière active par les étudiants durant  les travaux pratiques. Ils rendent un rapport écrit ou un programme fonctionnant.
Introduction à la modélisation hydrologique
Les deux premières séances d'exercices constitueront une évaluation non-certificatives afin de permettre aux étudiants de se situer face aux exigences et aux différents critères demandées dans le cadre du cours.
Les deux dernières séances constitueront l'évaluation certificative du cours au travers de rapports écrits.
Les critères d'évaluation se basent sur la qualité scientifique des documents et le sens critique vis à vis des données et des résultats ainsi que sur la qualité des illustrations graphiques et cartographiques. 
Stage(s) :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Néant
Remarques organisationnelles :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Néant
Contacts :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Yves CORNET, Chargé de Cours
Unité de Géomatique, Allée du 6 Août, 17 (B5a), 4000 Liège
Tél. 04 3665371
Mail : ycornet@ulg.ac.be
Web: http://139.165.44.35/cms/index.php
Introduction à la modélisation en géomorphologie
Aurélia Hubert-Ferrari
tél. 04/366 93 95
email : aurelia.ferrari@ulg.ac.be
Introduction à la modélisation hydrologique
Eric HALLOT
04/366 52 82
Eric.Hallot@ulg.ac.be
Notes en ligne :
Géomatique appliquée à la géomorphologie
Géomatique appliquée à la géomorphologie et à la climatologie
Les documents supportant le cours sont téléchargeables sur le site eCampus de l'Université de Liège. http://www.ecampus.ulg.ac.be/