2020-2021 / GERE0037-1

Modélisation des transferts dans les biosystèmes

Durée

20h Th, 37h Pr

Nombre de crédits

 Master : bioingénieur en sciences et technologies de l'environnement, à finalité6 crédits 

Enseignant

Aurore Degré, Bernard Longdoz, Benoît Mercatoris

Coordinateur(s)

Benoît Mercatoris

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Le cours vise à introduire les bases de la modélisation dans le cadre de:
- l'hydrodynamique souterraine avec une application sur les prélèvements par les plantes et les transferts de solutés.
- la dynamique des populations et les transferts de matière et d'énergie dans les écosystèmes terrestres
Lors de ce cours, les étudiants mettront en oeuvre les différentes étapes de la méthodologie de la modélisation. Ce cours permet aussi d'améliorer la compréhension des phénomènes de transfert dans les milieux poreux et entre les composantes des écosystèmes ainsi que les principes de la modélisation. Les applications reflètent des situations concrètes pour les bio-ingénieurs, telles que:
- l'estimation des transferts vers les eaux de surface ou les eaux souterraines de fertilisants ou de matières actives phytosanitaires.
- les échanges de chaleur entre les couches d'un sol
- les échanges de carbone dans les cultures ou l'évolution temporelle des membres d'une population
Le cours comprend :
- La méthodologie générale de modélisation
- La caractérisation des sols en vue de la modélisation : fonctions continues de rétention et de conductivité, fonctions de pédotransfert, propriétés thermiques.
- Des notions de calcul numérique appliqué à l'hydrodynamique souterraine.
- De la modélisation des transferts d'eau, de solutés et de chaleur en 1D en sols variablement saturés.
- La représentation des transferts et transformations/dégradations des solutés.
- L'étude des outils numériques permettant de résoudre des problèmes 1D de transfert dans les sols variablement saturés.
- L'étude des principaux types de modèles de dynamique des populations (Malthus, Volterra), de cycle énergétique et biochimique dans les écosystèmes 
- La réalisation de l'ensemble des phases de modélisation pour obtenir des modèles descriptifs et prédictifs validés simulant l'évolution des populations d'une espèces, de la température de différentes couches de sol ou de la biomasse carbonée des éléments de la végétation

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

A l'issue du cours, les étudiants auront atteint un niveau intermédiaire de compétence dans les différentes étapes de développement :
- Concevoir et modéliser des solutions scientifiques et techniques, aider à la décision.
- Optimiser et gérer les flux entre l'eau, le sol, la faune, la flore et l'atmosphère.
- Concevoir et mettre en œuvre des solutions de remédiation environnementale dans les systèmes sol-eau-plante et atmosphère.
- Concevoir et gérer des systèmes de base de données environnementales et géographiques et développer des outils d'interprétation,de cartographie, de modélisation spatialisée et de diagnostic.
En outre, le cours certifie que les étudiants sont à même de "Comparer et argumenter le choix des modèles appropriés pour établir des prédictions, interpréter des résultats et tirer les conclusions d'une recherche".
Ainsi plus particulièrement, à l'issue du cours, l'étudiant sera capable de :
- Paramétrer un modèle hydrologique 1D pour représenter un profil de sol sur base d'une description pédologique.
- Réaliser une modélisation dans différentes conditions (présence de végétaux, irrigation, application de fertilisants,...).
- Mettre en forme les résultats obtenus et les discuter (eau et solutés).
- Comprendre les principes de base des schémas numérqiues pour résoudre des problèmes de transfert dans les sols.
- Choisir le type de modèle pour répondre à un problème de transferts de biomasse ou d'énergie, déterminer les échelles spatiale et temporelle de ce modèle, mettre en équations les processus liés, paramétrer-calibrer et valider ces modèles

Savoirs et compétences prérequis

Hydrologie générale
Edaphologie
Pédogenèse, référentiels internationaux et hydrodynamique des sols
Pédologie
Dynamique des systèmes
Physique de l'environnement
algorithmique

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

exposés oraux et travaux pratiques sur PC

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

25% de cours théorique
75% de travaux pratiques

Adaptations organisationnelles liées au contexte sanitaire

Voici les modalités qui seront appliquées en cas de restrictions liées à la crise sanitaire:
- Si les cours théoriques ne sont pas autorisés en présentiel, ils seront donnés à distance via la plateforme Collaborate
- Si les séances de travaux dirigés ne sont pas autorisées en présentiel, les sessions de travail sur ordinateurs se feront à domicile avec un soutien des enseignements via la plateforme Collaborate
- Si les séances de laboratoires ne sont pas autorisées en présentiel, elles seront réalisés et filmées par le corps enseignant. Les sessions filmées seront disponibles sur la plateforme Collaborate et les données acquises seront fournies aux étudiants pour qu'ils puissent les analyser.
- Si les examens en présentiel ne sont pas autorisés, les étudiants seront évalués à distance via la plateforme Collaborate et à partir de rapports qu'ils auront fourni

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

"soil physics with hydrus" Radcliffe et Simunek 2010 diaporamas et articles (disponibles sur eCampus)

Modalités d'évaluation et critères

L'évaluation sera personnelle et basée sur des applications informatiques et une discussion avec les enseignants.
Les trois domaines couverts par le cours devront être matrisés par les étudiants, en cas de lacune dans un des domaines, la cote finale reflètera cette lacune.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

La présence aux travaux pratiques est obligatoire. En cas d'absence non justifiée, une pénalité sur la cote finale sera appliquée.

Contacts

Aurore Degré (aurore.degre@uliege.be)
Benoît Mercatoris (benoit.mercatoris@uliege.be)
Bernard Longdoz (Bernard.Longdoz@uliege.be)