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Séminaire général du Département TAO

Organisé par :

Le Département Terre, atmosphère, océan regroupe 2 laboratoires de recherche dans le domaine des sciences de la planète. Il a la responsabilité d’un enseignement interuniversitaire de second cycle (magistère) et participe a plusieurs enseignements du 3ème cycle.
Le laboratoire de géologie a été complètement réorganisé et réorienté entre 1984 et 1989 pour devenir une unité associée au CNRS : le laboratoire de géologie de l’ENS.
La géophysique interne (sismologie, magnétisme terrestre) et externe (physique de l’atmosphère) s’étaient développées parallèlement dans les années 1950-60 au sein des laboratoires de physique. Le laboratoire de Météorologie dynamique, unité associée au CNRS, a ainsi été créé en 1968.
En 1991, les collaborations scientifiques et pédagogiques entre les thématiques concernant la terre solide d’une part, et ses enveloppes fluides, d’autre part, favorisèrent la mise en place d’un Département TAO, rassemblant les 2 laboratoires.

Ressources en ligne

  • Paléoenvironnement, géomorphologie, et paléohydrologie vus par les spéléothèmes (le 12 juin 2002) — Bruno Hamelin
    Conférence donnée dans le cadre du séminaire du département Terre-Atmosphère-Océan de l’ENS.
  • Localisation de la déformation à la transition fragile-ductile de la croute continentale en extension (le 19 octobre 2004) — Yves Leroy
    La zone de transition entre l’activation des mécanismes de déformation fragiles et ductiles dans la croûte continentale en extension (profondeur de 10 à 15 km) est une zone de faiblesse sub-horizontale où les détachements prennent racine, expliquant le début du mécanisme d’exhumation.
    A partir d’observations de terrain (zone de cisaillement du Tende, Corse), un modèle rhéologique approprié pour cette transition est proposé afin d’expliquer la faiblesse comme une conséquence de la localisation de la déformation, sans faire appel à un héritage structurel. La déstabilisation responsable de la localisation est due à la réaction métamorphique feldspath-mica qui n’est possible que lorsque les grains de feldspath sont fracturés. Il est alors montré que c’est la sensibilité de la fracturation à la contrainte moyenne qui détermine l’orientation sub-horizontale de la zone de transition. Dans cette zone, la localisation se produit sous forme de bandes de cisaillement dont le pendage est déterminé par les vitesses d’extension et de cisaillement d’ensemble. La concentration des contraintes en tête des bandes de cisaillement, qui constituent la structure interne de la zone de faiblesse, peut alors être reliée à l’activité sismique.
    La pertinence de cette interprétation pour d’autres zones extensives, comme le golfe de Corinthe, sera également discutée.
  • Mantle dynamics and mountain building : a case for convective instability of mantle lithosphere (le 23 novembre 2004) — Peter Molnar
    I ask three questions. (1) Under what conditions is mantle lithosphere sufficiently negatively buoyant that if perturbed, blobs of it sink into the asthenosphere? (2) Where it is unstable, what properties of the earth does the growth of such instabilities constrain? (3) What consequences of this "deblobbing" can we recognize? Tomographic images of the mantle beneath mountain belts and high plateaux do show simple manifestations of subduction of thickening of mantle lithosphere, but instead call for complicated distributions of wave speeds that suggest convective instability. Numerical experiments on Rayleigh-Taylor instability show that non-Newtonian viscosity can retard initial growth of perturbations, but then growth becomes catastrophic, as if unstable growth can be delayed until long after perturbations have been introduced, tens of millions of years after continental collisions. The crust can perturb flow so that descent occurs not beneath the zone of crustal shortening, but beneath its surroundings; hence lithospheric thinning and volcanism are possible where convergence occurs. If blobs of dense material detach and sink, the added potential energy to the lithosphere above can perturb deformation outside the region.
  • Ozone atmosphérique : 150 années de recherches et perpectives pour l’avenir (le 7 décembre 2004) — Guy Pierre Brasseur

  • Why Envisat ? (le 14 décembre 2004) — William Lahoz

  • Chaos and kinetics of field lines (le 11 janvier 2005) — George M. Zaslavsky
    Field lines of the velocity field or magnetic field can be considered as trajectories of Lagrangian particles. Their randomness in the coordinate space can be presented as a specific type of turbulence. Many properties of the field lines turbulence can be described from the first principles using the methods of the contemporary theory of chaos. We will review the problem and discuss some new discoveries in the area.
  • Lagrangian transport and marine ecosystem dynamics in a sea of eddies (le 15 février 2005) — Antonello Provenzale
    Ocean mesoscale turbulence is characterized by the presence of intense coherent structures, and the ocean on these scales can be seen as a sea of eddies.
    In this talk I review some of the effects that coherent vortices induce on particle transport and Lagrangian statistics, focussing on the interplay between mesoscale turbulence and marine ecosystem dynamics. In particular, I show that the fragmentation of upwelling regions associated with the presence of mesoscale and sub-mesoscale structures can significantly affect oceanic primary productivity, and I discuss some preliminary ideas on the parameterization of biogeochemical reactions in vortex-dominated flows.
  • Ondes de surface et processus géodynamiques (le 8 mars 2005) — Nikolai Shapiro

  • Solitons, dipoles and the great tsunami of 2004 (le 15 mars 2005) — Costas Synolakis

  • Satellite Radar Interferometry for geophysics and meteorology (le 5 avril 2005) — Ramon Hanssen
    Satellite synthetic aperture radar (SAR) images form the basis of an increasingly broad spectrum of applications, mainly because of their operability independent of weather conditions. In interferometric radar applications, the main emphasis is on the coherent phase observations of two or more images, which can be used to map, e.g., surface deformation and topography. In contrast to the statement above, for the phase measurements the weather independency does not hold anymore. In fact, the atmospheric refractivity distribution in time and space results in a significant distortion of the phase observations.
    In this presentation, we will focus on these effects from two perspectives. First, we will discuss how radar interferometry can be used for deformation monitoring, what is the influence of the atmospheric signal, and how this effect can be beaten. This approach leads to mm-level deformation measurements related to e.g. land subsidence and tectonics. Second, we investigate how we can exploit the atmospheric disturbance signal for meteorological inferences, leading to full-column water vapor mapping with unprecedented accuracy and spatial resolution. The presentation will be concluded with an outlook of new scientific possibilities for both geophysics and meteorology related to the new radar satellite missions currently developed.
  • Avenir de l’exploration et de la production des hydrocarbures (le 19 avril 2005) — Alain-Yves Huc
    Avenir de l’exploration et de la production des hydrocarbures: les défis scientifiques et techniques
    1) Réserves et ressources pétrolières et gazières
    2) Exploration des hydrocarbures restant à trouver
    3) Amélioration de la récupération
    4) Production des hydrocarbures non conventionels: Huiles lourdes et sables bitumineux, charbon et gaz de houille, hydrates de gaz, schistes bitumineux
    5) Histoire géologique du CO2 et gestion du CO2 anthropique
  • Le stockage de déchets radioactifs en milieu argileux: acquis scientifiques et perspectives (le 17 mai 2005) — Patrick Landais

  • Seismic Data Mining and its geodynamic implications (le 24 mai 2005) — Dongping Wei
    1) A brief presentation of the College of Earth Sciences, GSCAS (Graduate School of the Chinese Academy of Sciences).
    2) Seismic Data Mining and its geodynamic implications.
    We choose three seismic datasets of the ISC, CRN and SCSN that represent three types of seismic distribution in space. The ISC events show the global process of seismogenesis although they are mostly localized on the global plate boundaries, the CRN events are concentrated in mainland China, which is mainly located at the active tectonics of the continental area, and the SCSN events recorded in western America area are distributed around both sides of the Pacific and the North American plate boundary segment.
  • Earthquake Early Warning Systems – Bucharest and Istanbul Case Histories (le 21 juin 2005) — Friedemann Wenzel
    Shortcomings of information before, during and after strong earthquakes frequently aggravate the extent of catastrophes significantly. Real-time information systems can help to overcome this lack by providing rapid information for disaster management. In terms of a temporal hierarchy this starts with literal early warning a few seconds before the disaster strikes. Then shake maps provide near real-time information on the level of ground motion within minutes. As a next step damage estimates are provided which are based on previously developed models of vulnerability. These projections are continuously updated by observations from the field (air borne photos, ground reports, etc.). Key to real-time information systems is seismological instrumentation and real-time communication.
  • Laboratory Earthquakes (le 29 juin 2005) — Ares Rosakis
    Recently, seismologists have discovered that some earthquakes are very slow with almost no energy radiation, while others excite strong and damaging seismic waves with extremely high rupture speed, sometimes believed to be super-shear (faster than shear-wave speed). This variation reflects the difference in rupture physics in different tectonic environments, and it has become very important to understand what causes the dramatic variation of rupture speed, and rupture behavior. We have embarked on this problem by constructing laboratory models of earthquakes and by using high-speed imaging of photo-elastic rupture patterns. We have designed a series of experiments to determine the behavior of rupture under spontaneous loading similar to that of natural earthquakes. With these experiments we have demonstrated that under reasonable loading conditions similar to those for natural earthquakes, super-shear rupture propagation can occur. This is probably the first experimental demonstration of super-shear rupture propagation under spontaneous loading.
    Motivated by such experiments we extended the work to observations of spontaneously nucleated events occurring on frictionally held bi-material interfaces. Previously, it was generally thought that if there is a velocity contrast the rupture preferentially goes toward the direction of the slip in the lower-speed medium. In contrast to this, we have found that this is not necessarily the case; the rupture can propagate in both directions. In one direction, rupture always propagates at the Generalized Rayleigh wave speed (i.e., sub-shear) whereas in the opposite direction it may either be sub-shear or may transition to super-shear. This behaviour could explain why the rupture in the recent Parkfield earthquake propagated to southeast whereas it propagated northwest in the previous two Parkfield earthquakes. It can also be used to explain field observations during the 1999 Izmit earthquake in Turkey. We hope that these results will help seismologists understand the basic physics of earthquakes and contribute to a better understanding of the vast diversity of earthquake characteristics.
  • Vers une image de la surface de la Terre en 4 dimensions (le 18 octobre 2005) — Gilles Peltzer
    Depuis les années 70, l’imagerie spatiale de la surface de la Terre s’est développée considérablement. Les images satellitaires de résolution spatiale de plus en plus fine (Landsat, SPOT, Ikonos) ont permis de carter les grandes failles continentales, puis de déterminer leur cinématique, et enfin d’estimer leur vitesse moyenne quaternaire. Depuis les années 1990, le radar à ouverture synthétique (SAR) et les développements de la technique de l’interferometrie radar (InSAR) fournissent des images de la topographie de la Terre et de ses changements sur de vaste régions, ouvrant une ère nouvelle en géodésie spatiale. Les domaines d’applications de l’InSAR incluent les tremblements de Terre, l’activité volcanique, l’écoulement des glaciers, et la subsidence produite par l’exploitation des fluides du sous-sol.
    En sismologie et en tectonique, l’InSAR a été essentiel à l’identification de processus de déformation de la croûte continentale liés aux séismes. Ainsi les effets du rebond poro-élastique, du glissement asismique, de la relaxation visco-élastique, ou du comportement élastique non-linéaire de la croûte au voisinage d’une faille ont été imagés pour la première fois par les radars ERS de l’agence spatiale Européenne. Ces résultats ont également soulevé un grand nombre de questions relatives au comportement temporel de ces processus.
    Avec l’enrichissement des archives de données SAR durant la dernière décennie, des périodes de plus en plus longues sont couvertes et la répétition des acquisitions permet de construire des séries temporelles de cartes de déplacement de la surface. Les résultats sont encore préliminaires mais déjà la caractérisation spatiale et temporelle des mouvements du sol permet de mieux comprendre les mécanismes qui les produisent. Par exemple, la distinction entre les processus hydrauliques saisonniers et les déformations tectoniques dans le basin de Los Angeles a montré une forte concentration des déformations dans la partie nord du basin, à l’aplomb du centre urbain le plus important de Californie. Egalement, le suivi des déformations de surface dans la zone de faille du tremblement de terre d’Hector Mine durant deux ans après l’événement montre une réponse poro-élastique accrue dans les zone d’endommagement lié au mouvements sur la faille, permettant ainsi de sonder sa structure mécanique. Enfin une série temporelle de 8 ans acquise sur la zone de rift de l’Afar par le satellite canadien RADARSAT montre une déformation instable du rift intérieur où les épisodes de glissements sur les failles se produisent de façon asynchrone.
    Ces résultats nouveaux n’ont été possibles que dans certaines régions bien couvertes par les systèmes existants. Une mission dédiée à l’interférométrie radar avec un système optimisé pour les applications géologiques permettrait la surveillance continue de la surface de la Terre. Une telle mission fait partie du projet américain Earthscope.
  • Evidence pour une fontaine stratospherique au-dessus des continents (le 24 novembre 2005) — Jean-Pierre Pommereau

  • La stabilité des climats de la Terre : perturbations naturelles et anthropiques (le 16 février 2006) — Gilles Ramstein
    Irradiée par le Soleil jeune et moins puissant qu’actuellement, la Terre a pu échapper pendant la quasi totalité de son histoire à une glaciation totale grâce aux gaz à effet de serre. Les mécanismes physiques qui ont pu conduire et mettre fin à cette glaciation seront exposés, ainsi que les implications éventuelles des glaciations globales sur le développement de la vie avant "l’explosion cambrienne". Des variations très importantes du contenu de l’atmosphère en gaz à effet de serre ont pu conduire au moins deux fois à un englacement massif, voire total, de la surface de la Terre. Depuis 540 millions d’années, le climat de la Terre est relativement régulé ; celle-ci connut des périodes chaudes (Crétacé) et des glaciations (Permo-Carbonifère et Quaternaire). A l’échelle de quelques centaines d’années, le bouleversement en cours de la composition de l’atmosphère terrestre, d’origine anthropique, pourrait induire une déstabilisation des calottes de glace et faire basculer une nouvelle fois le climat vers son mode le plus stable : chaud et sans présence de calotte glaciaire.
  • Le laboratoire du Rift de Corinthe ou l’étude in situ des interactions fluides-failles actives (le 23 février 2006) — François-Henri Cornet
    Le Rift de Corinthe est l’une des régions les plus sismiques d’Europe.
    Après un bref rappel du débat actuel quant à l’origine géodynamique du rift, le rôle des fluides mis en évidence par tomographie sismique dans la zone sismogénique est tout d’abord discuté à la lumière des résultats d’une part de l’analyse géochimique des ciments de calcique prélevés dans les gouges de faille, d’autre part de l’analyse des gaz rares dans l’eau des sources régionales.
    Cette première interprétation quant à la direction de migration des fluides est reprise à la lumière des résultats obtenus grâce au forage AIG10 qui recoupe la faille active d’Aigion à 760 m de profondeur. Ce forage a établit un court-circuit entre deux aquifères confinés, initialement indépendants et séparés l’un de l’autre par la faille d’Aigion. Cette redistribution de la pression interstitielle au voisinage de la faille semble avoir induit une certaine déstabilisation de cette dernière si l’on en juge par l’observation de micro-mouvements induits par certains séismes lointains. Par ailleurs, la crise sismique la plus importante des 5 dernières années est intervenue un mois après l’établissement du court-circuit et le rôle éventuel de ce dernier quant au déclenchement de cette crise sismique sera discuté à la lumière des résultats de 15 mois d’observations dans le forage.
  • Transport de pollen en domaine arctique (le 9 mars 2006) — Denis-Didier Rousseau
    Exemples de transport pollinique très longue distance en fin de printemps au Groenland.
  • Quantitative Earthquake Prediction (le 4 mai 2006) — Vladimir Kossobokov
    The Earth is a hierarchy of volumes of different size. Driven by planetary convection these volumes are involved into joint and relative movement. The movement is controlled by a wide variety of processes on and around the fractal mesh of boundary zones, and does produce earthquakes. This hierarchy of movable volumes composes a large non-linear dynamical system. Prediction of such a system in a sense of extrapolation of trajectory into the future is futile. However, upon coarse-graining the integral empirical regularities emerge opening possibilities of prediction in a sense of the commonly accepted consensus definition worked out in 1976 by the US National Research Council. Implications of the understanding hierarchical nature of lithosphere and its dynamics based on systematic monitoring and evidence of its unified space-energy similarity at different scales help avoiding basic errors in earthquake prediction claims. They suggest rules and recipes of adequate earthquake prediction classification, comparison and optimization. The approach has already led to the design of reproducible intermediate-term middle-range earthquake prediction technique. Its real-time testing aimed at prediction of the largest earthquakes worldwide has proved beyond any reasonable doubt the effectiveness of practical earthquake forecasting. In the first approximation, the accuracy is about 1-5 years and 5-10 times the anticipated source dimension. Further analysis allows reducing spatial uncertainty down to 1-3 source dimensions, although at a cost of additional failures-to-predict. Despite of limited accuracy a considerable damage could be prevented by timely knowledgeable use of the existing predictions and earthquake prediction strategies. The December 26, 2004 Indian Ocean Disaster seems to be the first indication that the methodology, designed for prediction of M8.0+ earthquakes can be rescaled for prediction of both smaller magnitude earthquakes (e.g., down to M5.5+ in Italy) and for mega-earthquakes of M9.0+. The monitoring at regional scales may require application of a recently proposed scheme for the spatial stabilization of the intermediate-term middle-range predictions. The scheme guarantees a more objective and reliable diagnosis of times of increased probability and is less restrictive to input seismic data. It makes feasible reestablishment of seismic monitoring aimed at prediction of large magnitude earthquakes in Caucasus and Central Asia, which to our regret, has been discontinued in 1991. The first results of the monitoring (1986-1990) were encouraging, at least for M6.5+.
  • Coupling between Climate and Tectonics (le 1er décembre 2006) — Kelin X Whipple

  • Geological Evidence for recent Climate Change on Mars (le 18 janvier 2007) — James W. Head

  • Activation des zones de cisaillement ductiles lors de la déformation postsismique (le 23 janvier 2007) — Laurent Montési

  • L’enregistrement des conditions environnementales dans les carbonates biogènes: potentialités et limites (le 27 février 2007) — Luc André

  • Quand sciences économiques et sciences de l’univers sont convoquées pour parler des impacts du changement climatique (le 3 avril 2007) — Jean-Charles Hourcade

  • Modelling the present and past climates of other planets (le 22 mai 2007) — Peter L. Read

  • Statistics and energetics of the solid Earth processes: relief, plates, Earth processes, volcanoes (le 12 juin 2007) — G.S. Golitsyn
    The gaseous atmosphere is readily and easily observed and is governed by equations of hydrodynamics and thermodynamics. Basic laws are known and nowadays the powerful supercomputers simulate well the observed global change. The situation for the solid earth is quite different. "The seismology is still in the pre-equation stale"- wrote in 1994 Keilis-Borok, and it still is. Due to efforts of geologists, geophysicists, geographers and other earth scientists we know qualitatively how the Earth evolves and works but many of us fell the lack of quantitative simple solid science in the area which could be easily taught to our students explaining to them why geological and tectonic processes are of millions years, what can we learn from the statistical analysis of the planetary relief, what is plate tectonics, what does its frequency-size distribution mean what the Gutenberg-Richter law stems from, how the Earth is spending its flux on various process we witness in every day life: earthquakes, volcanic eruptions, tectonic processes etc.
    An attempt to answer these questions by simple formulas based on basic laws of physics and mathematics will by presented in the talk and illustrated by empirical material of observations and of laboratory experiment. It is hoped that in this new century the level of understanding of the details of life of our solid planet would approach the one we now have for the atmosphere.
  • Seismic hazard assessment: New challenges and solutions (le 17 mars 2009) — Domenico Giardini

  • Climat et habitabilité sur les autres planètes : la Terre est-elle exceptionnelle ? (le 31 mars 2009) — François Forget

Organisateurs

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Séminaires de recherche

Atelier Apprentissage 2005–2006

Atelier Apprentissage 2006–2007

Atelier Mathématiques et biologie 2004–2005

Atelier Mathématiques et biologie 2005–2006

Atelier Mathématiques et biologie 2006–2007

Conférences du département d’Études cognitives

Les lundis de la philosophie

Séminaire Archéologie des sanctuaires celtiques

Séminaire Art, création, cognition

Séminaire de l’ITEM : De l’archive manuscrite au scriptorium électronique

Séminaire de l’ITEM : Genèse et correspondances

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Séminaire de l’ITEM : Genèses, récit d’auteur / récit de critique

Séminaire de l’ITEM : L’écriture et le souci de la langue

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Séminaire général du Département d’informatique

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Séminaire général du Département TAO

Séminaire Histoire de l’enseignement supérieur français, XIX°–XX° siècles

Séminaire Histoire et philosophie des mathématiques

Séminaire Littérature et morale à l’âge classique

Séminaire Louis Pasteur de l’ENS : The design of photosynthesis

Séminaire MHD (SEMHD)

Séminaire Modélisation et méthodes statistiques en sciences sociales

Séminaire Musique et mathématiques

Séminaire Musique et philosophie

Séminaire Philosophie et mathématiques

Séminaire Vision algorithmique et biologique

Séminaire Vision artificielle / Équipe Willow

Séminaire Visualiser et modéliser le cerveau