Centre / Eau Terre Environnement
DOCTORAT EN SCIENCES DE LA TERRE3527
Ce programme est offert conjointement par l’Institut national de la recherche scientifique (Centre – Eau Terre Environnement) et l’Université Laval (Département de géologie et de génie géologique).
Normand Tassé, professeur au Centre – Eau Terre Environnement
Philosophiae doctor, Ph.D.
Ce programme est largement axé sur des activités de recherche et permet une spécialisation avancée dans divers domaines de la géologie fondamentale ou appliquée ou du génie géologique. Il vise à rendre l’étudiant apte à élaborer et à mettre sur pied des projets de recherche originaux; à le rendre autonome dans la conduite de ces projets; et à lui permettre d’exceller dans des activités professionnelles de recherche et/ou d’enseignement universitaire.
Le candidat doit être titulaire d’une maîtrise ès sciences ou d’un diplôme jugé équivalent ou posséder les connaissances requises et une formation appropriée. Il doit posséder un dossier académique au-dessus de la moyenne et avoir montré des aptitudes à conduire une recherche originale. Le candidat doit avoir obtenu de bonnes recommandations de la part des répondants.
De plus, il doit avoir été accepté par un directeur de recherche et s’être entretenu avec celui-ci sur un projet de recherche et sur la disponibilité des ressources humaines et matérielles nécessaires à sa réalisation.
Le comité de programmes doit avoir l’assurance d’une capacité adéquate d’accueil et d’encadrement dans l’une ou l’autre des deux institutions, compte tenu des programmes de collaboration avec d’autres départements ou institutions.
Il doit, de plus, soumettre un avant-projet de thèse indiquant la problématique du projet, les objectifs, les hypothèses de recherche et la méthodologie appropriée.
Doctorat de quatre-vingt-dix (90) crédits qui comporte quatre-vingt-un (81) crédits pour la thèse et une scolarité minimale de neuf (9) crédits. La scolarité inclut un examen doctoral de trois (3) crédits. Selon la sanction de l'examen doctoral, l’étudiant pourrait se voir imposer un cours sur la méthodologie de la recherche.
De nouveaux candidats sont acceptés aux trimestres d’automne, d’hiver et d’été.
Les activités identifiées GEO sont offertes sous la responsabilité de l’INRS alors que celles identifiées ADM, DRT, ECN, GCI, GGL, GLG, GMT, GRR, GSO, MCB, SAC, SCG et SLS sont offertes sous la responsabilité de l’Université Laval.
Les cours ne sont pas nécessairement offerts tous les ans. Le comité de programme tient à jour la planification des cours offerts sur une période d'au moins deux années consécutives, afin de permettre à l'étudiant de planifier sa scolarité dès la première inscription.
Les activités entre parenthèses sont préalables ou pré-requises. Le sigle des cours identifiés GLGxxxx sera attribué ultérieurement.
Projet de recherche et examen doctoral obligatoire
GEO 9990 Examen doctoral (3 cr.)
Avant la fin du troisième trimestre, l’étudiant doit soumettre au comité de programmes une proposition écrite d’une vingtaine de pages définissant son projet de recherche. Il aura à défendre cette proposition lors d’un examen doctoral. L’examen doctoral a lieu au plus tard avant la fin du troisième trimestre
Choisir six (6) crédits parmi les cours optionnels suivants :
L'étudiant choisit ses cours optionnels en fonction de son domaine de spécialisation. Les cours optionnels peuvent être choisis dans les cours du programme ou dans un programme connexe. Le choix doit être approuvé par le directeur de recherche et le comité de programmes.
Concentration 1 " Géodynamique et Ressources "
1.1 Cours de formation pratique
Choisir un minimum de 1 cours parmi les suivants :
Sédimentologie des terrigènes et des carbonates à travers une revue des principaux modèles de faciès. Stage de terrain d’au moins dix jours dans des séquences illustrant ces modèles de faciès. Rédaction d’un essai à la suite du stage. Frais de terrain à la charge des étudiants.
Préalable(s) : GLG64878/GEO9403 Analyse de bassins : principes et méthodes
Excursion géologique d’une durée d’une semaine qui complète le cours " Géodynamique continentale". L’excursion aura lieu dans différentes chaînes de montagnes à chaque année. Les excursions permettront de visiter des segments d’orogènes et d’observer des phénomènes tectoniques communs à l’évolution des chaînes de montagnes. Le cours comporte trois volets : des lectures préparatoires; l’excursion; un rapport d’excursion portant sur un des aspects de la chaîne de montagnes visitée. Frais de terrain à la charge des étudiants.
Cours intensif d’une durée de huit jours sur la sédimentation active en milieux à carbonates (milieux littoral, lagunaire et récifal) et sur la diagenèse des faciès actuels et des calcaires pléistocènes. Ce cours se tient aux Bermudes et est constitué d’exposés théoriques et d’observations sur le terrain, en plongée sous-marine et en laboratoire. Réalisation d’un projet et rédaction d’un rapport. Frais à la charge de l’étudiant.
Préalable(s) : GLG15072 Géologie sédimentaire (3 cr.).
Formation pratique en terrains de haut grade métamorphique. Contextes géologiques, nature de la lithosphère (xénolites), caractérisation et liens entre processus magmatiques et métamorphiques, dynamique orogénique, et reconnaissance de systèmes hydrothermaux. Lectures préparatoires, excursion de cinq jours comportant des levés et discussions sur le terrain, une présentation orale, et un rapport de synthèse. Frais de terrain à la charge des étudiants.
1.2 Spécialisation " Analyse et synthèse de bassin ".
Si cette spécialisation est retenue, choisir un minimum de 2 cours parmi les suivants :
Principe de stratigraphie. Analyse séquentielle et modèles de faciès. Zonation biostratigraphique et paléoécologique. Chronostratigraphie et géochronologie. Séismostratigraphie. Magnétostratigraphie. Cycles stratigraphiques régionaux et globaux à travers le temps. Paléogéographie. Travaux pratiques : traitement informatique des données stratigraphiques, gestion de projet.
Pré-requis : GLG10344; GLG15072 Géologie sédimentaire (3 cr.).
Faciès à carbonates : analyse sédimentologique, diagénétique et géochimique de séquences anciennes à la lumière de la démarche actualiste, évolution de la porosité, travaux pratiques en microscopie optique et cathodoluminoscopie.
Faciès silicoclastiques : analyse du cycle de sédimentation, diagenèse et paléomilieux. Lectures dirigées et travaux pratiques en microscopie optique.
Pré-requis : GLG15072 Géologie sédimentaire (3 cr.).
Cours axé sur la géochimie des basses températures. Analyse des concepts de base de thermodynamique et d'hydrogéochimie. Analyse des milieux atmosphériques, continentaux, lacustres, estuariens et marins. Étude des interactions hydrosphère-biosphère. Notions de base en écotoxicologie.
Comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent le partage naturel des isotopes stables de l’hydrogène, du carbone, de l’azote, de l’oxygène et du soufre. Comprendre l’application de ces isotopes stables à la biologie (végétale et chimiosynthétique), l’océanographie (et paléocéanographie), hydrogéologie/hydrologie, l’hydrothermalisme, la diagenèse, et aux études environnementales. Planifier une campagne d’échantillonnage pour un projet de recherche, interpréter les résultats d’analyse et les intégrer à des études multidisciplinaires. Apprendre à discuter en groupe multidisciplinaire et à faire l’analyse critique de textes scientifiques.
1.3 Spécialisation " Géodynamique " .
Si cette spécialisation est retenue, choisir un minimum de 2 cours parmi les suivants :
Évolution tectonostratigraphique et structurale de différents types d’orogènes. Revue détaillée des principales caractéristiques lithologiques,
structurales et métamorphiques de différents types de chaînes orogéniques récentes et anciennes. Visites de terrains, principalement des Appalaches
du Québec, avec accent sur la caractérisation structuraled’unités rocheuses déformées et métamorphisées, et sur les implications tectoniques
découlant des structures observées. Frais de terrain à la charge des étudiants.
Pré-requis GLG 18752 Environnements géodynamiques (3 cr.).
Revue détaillée des grands environnements océaniques et des problèmes géodynamiques liés à la tectonique des plaques. Les principaux
environnements visés sont : systèmes de dorsales en expansion; zones de fractures; fossés de subduction; bassins marginaux et interarcs;
dorsales aséismiques, îles océaniques et structures "anormales". Les milieux seront caractérisés en termes structuraux, magmatiques,
métamorphiques et sédimentaires.
Pré-requis : GLG18752 Environnements géodynamiques (3 cr.)
Étude des différentes zones structurales et stratigraphiques des Appalaches, avec accent sur les Appalaches canadiens. Évolution tectonostratigraphique et structurale de l’orogène appalachien. Les principales caractéristiques lithologiques, structurales et métamorphiques de même que la zonation lithotectonique des unités cambriennes à carbonifères des Appalaches canadiens sont passées en revue.
Étude des roches déformées. Analyse de la déformation enregistrée par les tectonites et des mécanismes géologiques qui engendrent cette déformation. Reconnaître les éléments de la déformation finie dans une tectonite. Approfondir les concepts de la déformation progressive et de la déformation finie. Comprendre les mécanismes de déformation des grandes structures tectoniques. Faire la synthèse sur un aspect de la déformation des roches.
Propriétés des éléments chimiques et leur distribution dans les roches. Éléments compatibles et incompatibles au cours des processus magmatiques de fusion et de cristallisation. Utilisation des diagrammes de variation, analyse statistique des données, calculs et modèles pétrogénétiques de séquences volcaniques. Applications à l’ordinateur. Rapport final et examen oral.
Comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent le partage naturel des isotopes stables de l’hydrogène, du carbone, de l’azote, de l’oxygène et du soufre. Comprendre l’application de ces isotopes stables à la biologie (végétale et chimiosynthétique), l’océanographie (et paléocéanographie), hydrogéologie/hydrologie, l’hydrothermalisme, la diagenèse, et aux études environnementales. Planifier une campagne d’échantillonnage pour un projet de recherche, interpréter les résultats d’analyse et les intégrer à des études multidisciplinaires. Apprendre à discuter en groupe multidisciplinaire et à faire l’analyse critique de textes scientifiques.
1.4 Spécialisation " Ressources minérales et pétrolières ".
Si cette spécialisation est retenue, choisir un minimum de 2 cours parmi les suivants :
Notions de roche-mère et de fenêtre à huile potentielle abordant les aspects de la quantité, de la nature, des processus et des
étapes de la transformation de la matière organique et des assemblages minéralogiques. L’objectif est de procurer les connaissances
de base pour l’utilisation des données d’analyse de la matière organique et des assemblages minéralogiques couramment utilisées dans
les études d’analyse de bassins et d'exploration pétrolière.
Pré-requis : GLG15072 Géologie sédimentaire (3 cr.)
Préalable : GLG60451 Minéralogie des argiles (1 cr.)
Cours axé sur la géochimie des basses températures. Analyse des concepts de base de thermodynamique et d'hydrogéochimie. Analyse des milieux atmosphériques, continentaux, lacustres, estuariens et marins. Étude des interactions hydrosphère-biosphère. Notions de base en écotoxicologie.
Propriétés des éléments chimiques et leur distribution dans les roches. Éléments compatibles et incompatibles au cours des processus magmatiques de fusion et de cristallisation. Utilisation des diagrammes de variation, analyse statistique des données, calculs et modèles pétrogénétiques de séquences volcaniques. Applications à l’ordinateur. Rapport final et examen oral.
Comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent le partage naturel des isotopes stables de l’hydrogène, du carbone, de l’azote, de l’oxygène et du soufre. Comprendre l’application de ces isotopes stables à la biologie (végétale et chimiosynthétique), l’océanographie (et paléocéanographie), hydrogéologie/hydrologie, l’hydrothermalisme, la diagenèse, et aux études environnementales. Planifier une campagne d’échantillonnage pour un projet de recherche, interpréter les résultats d’analyse et les intégrer à des études multidisciplinaires. Apprendre à discuter en groupe multidisciplinaire et à faire l’analyse critique de textes scientifiques.
Concentration 2 " Géoingénierie et Environnement "
Choisir un minimum de 6 crédits dans l'un des groupes de cours de spécialisation des listes 2.1, 2.2 et 2.3 ou un minimum de 9 crédits dans les cours de la liste 2.4.
2.1 Spécialisation " Hydrogéologie; gestion et restauration des sites contaminés"
Gestion des eaux souterraines : principes et applications. Prévention de la contamination. Détection de la contamination. Établissement de critères de décontamination. Biorestauration. Récupération et traitement des eaux. Traitement des sols. Politiques et réglementation québécoises. Histoires de cas.
Processus de transfert en milieux poreux avec une emphase sur l'écoulement multiphase. Propriétés des fluides et des milieux poreux. Écoulement saturé. Écoulement et diffusion des gaz. Transfert de chaleur. Contaminants immiscibles et systèmes multiphases. Migration des liquides immiscibles. Hydrostatique et hydrodynamique multiphases. Volumes de liquide immiscible. Déplacement immiscible. Récupération des phases libres et résiduelles. Principes de modélisation numérique.
Équations d'écoulement et transport. Méthodes de discrétisation. Modèles conceptuels. Conditions aux limites. Écoulement permanent et transitoire. Calibration. Étude de cas et utilisation de logiciels commerciaux pour simuler l'écoulement et le transport de masse en milieu poreux.
Ce cours a pour objectif de familiariser les participants avec les méthodes physiques de restauration des sols, des sédiments et des boues. Ces méthodes comprennent pricipalement les techniques de concentration gravimétriques et les techniques de flottation. Les procédés de caractérisation nécessaires à leur application seront aussi étudiés.
Caractérisation des sources de contaminants. Mécanismes de transport et processus physicochimiques d'atténuation des contaminants dans les nappes. Modèles d'écoulement et de transport. Vulnérabilité des terrains naturels à la contamination. Méthodes de laboratoire et de terrain pour l'évaluation des paramètres de transport.
Cours axé sur la géochimie des basses températures. Analyse des concepts de base de thermodynamique et d'hydrogéochimie. Analyse des milieux atmosphériques, continentaux, lacustres, estuariens et marins. Étude des interactions hydrosphère-biosphère. Notions de base en écotoxicologie.
Comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent le partage naturel des isotopes stables de l’hydrogène, du carbone, de l’azote, de l’oxygène et du soufre. Comprendre l’application de ces isotopes stables à la biologie (végétale et chimiosynthétique), l’océanographie (et paléocéanographie), hydrogéologie/hydrologie, l’hydrothermalisme, la diagenèse, et aux études environnementales. Planifier une campagne d’échantillonnage pour un projet de recherche, interpréter les résultats d’analyse et les intégrer à des études multidisciplinaires. Apprendre à discuter en groupe multidisciplinaire et à faire l’analyse critique de textes scientifiques.
2.2 Spécialisation " Processus sédimentaires actuels et environnements quaternaires"
Cours axé sur le processus et les formes associés à la dynamique des cours d’eau. Hydrologie et érosion des versants : ruissellement, infiltration, hydrogramme, mouvement de masse, érosion. Hydraulique : classification des écoulements, profils de vitesses, coefficient de frottement. Transport de sédiment : début d’entraînement, charge de fond, en suspension et dissoute. Morphologie : formes du lit, géométrie hydraulique, cours d’eau rectiligne, à méandres, à chenaux tressés. Problèmes environnementaux : sédiments contaminés, protection des rives, habitats. Travaux pratiques et excursions sur le terrain.
Exposer les mécanismes de transport en milieu littoral ou fluvial et les relations entre ces transports et l’évolution sédimentaire associée.
Comprendre la nature des différents environnements qui ont successivement occupé le territoire de l’Est du Canada pendant l’épisode quaternaire et plus précisément, au cours de la période holocène. La reconstitution des milieux anciens est effectuée dans le contexte de l’évolution des systèmes naturels en réponse aux changements environnementaux. La compréhension de ces processus est ultérieurement appliquée à la prédiction des modifications environnementales engendrées par de futures oscillations des systèmes climatiques et de leurs impacts.
Cours axé sur la géochimie des basses températures. Analyse des concepts de base de thermodynamique et d'hydrogéochimie. Analyse des milieux atmosphériques, continentaux, lacustres, estuariens et marins. Étude des interactions hydrosphère-biosphère. Notions de base en écotoxicologie.
Comprendre les processus physiques et chimiques qui contrôlent le partage naturel des isotopes stables de l’hydrogène, du carbone, de l’azote, de l’oxygène et du soufre. Comprendre l’application de ces isotopes stables à la biologie (végétale et chimiosynthétique), l’océanographie (et paléocéanographie), hydrogéologie/hydrologie, l’hydrothermalisme, la diagenèse, et aux études environnementales. Planifier une campagne d’échantillonnage pour un projet de recherche, interpréter les résultats d’analyse et les intégrer à des études multidisciplinaires. Apprendre à discuter en groupe multidisciplinaire et à faire l’analyse critique de textes scientifiques.
2.3 Spécialisation " Géomatériaux "
Résoudre des problèmes d’identification et de quantification de minéraux ou de matériaux inorganiques à l’aide des méthodes de diffraction des rayons X et des méthodes thermique. Survol des principales méthodes utilisées en minéralogie déterminative.
Se familiariser aux caractéristiques chimiques, structurales et minéralogiques des minéraux des argiles. Apprendre à identifier les principaux
groupes de phyllosilicates.
Préalable : GLG62735 Minéralogie déterminative (1 cr.).
Se familiariser avec les principes théoriques et les considérations pratiques régissant la microscopie électronique à balayage (MEB), la
microanalyse par microsonde électronique et l’analyse automatique d’images. Se familiariser avec les différentes options d’analyse qu’offrent
ces techniques.
Préalable : GLG62735 Minéralogie déterminative (1 cr.).
Étude des sols fins appliquée à l'analyse de problèmes géotechniques, hydrogéologiques et environnementaux. Classification, structure atomique, composition chimique et propriétés physicochimiques des principaux matériaux argileux et leurs méthodes d'identification. Caractérisation des sols fins: minéralogie, chimie, granulométrie, microporosité, microtexture et microstructure, surface spécifique, activité chimique de surface, solution interstitielle, etc. Influence des caractéristiques des sols fins sur leur comportement géotechnique. Application aux sols fins du Québec et d'ailleurs.
Préalable(s) : GLG-62735 Minéralogie déterminative (1 cr.).
Ce cours a pour objectif de familiariser les participants avec les méthodes physiques de restauration des sols, des sédiments et des boues. Ces méthodes comprennent pricipalement les techniques de concentration gravimétriques et les techniques de flottation. Les procédés de caractérisation nécessaires à leur application seront aussi étudiés.
Chimie du ciment. Hydratation. Microstructure de la pâte de ciment hydratée. Les différents ciments. Propriétés des granulats. Problèmes physiques et chimiques reliés à l’emploi des granulats. Résistance à la compression du béton. Microfissuration et critères de rupture. Changements de volume du béton : élasticité, retrait et fluage. Durabilité des bétons. Bétons spéciaux.
Rôle et caractéristiques des chaussées. Étapes de développement. Reconnaissance des sols et caractérisation des granulats. Principes généraux de conception des chaussées. Calcul structural des pavages : méthodes de calcul des pavages rigides, flexibles et semi-flexibles. Technique de fabrication et de pose des pavages, entretien et réhabilitation. Construction des routes : matériaux, méthodes de construction, processus de gel, le drainage et ses effets. Gestion des chaussées.
2.4 Spécialisation " Géotechnique "
Évaluation de la contamination dans les sols et les roches; techniques de stabilisation des sols, des roches et des résidus miniers; utilisation des géotextiles et géomembranes; conception des barrières géologiques; décontamination des sols et des roches; aspects environnementaux des risques naturels.
Environnements sédimentaires récents et actuels, méthodes géophysiques et géotechniques d’investigation et de mesures in situ, essais mécaniques et physico-chimiques, caractéristiques géotechniques, problèmes de consolidation, stabilité et mobilité des sédiments, problèmes de fondation, environnementaux et méthodes d’analyse.
Les sols et leur origine, composition minéralogique et chimique, description du milieu poreux. Propriétés physiques : texture, densité relative, consistance, minéralogie des argiles, frottement et cohésion. Identification visuelle des sols, systèmes de classification. Propriétés hydrauliques des sols : capillarité, perméabilité, infiltration. Pression interstitielle, gradient hydraulique, contrainte effective. Réseaux d’écoulement. Gélivité des sols. Compactage.
Préalable(s) : GCI15199 Hydrodynamique (3 cr.).
Méthodes de reconnaissance des sols : présentation et descriptions des appareils de mesures, tels le scissomètre, le pénétromètre, le plézocone, le pressiomètre et le dilatomètre. Interprétation des résultats, discussion sur la valeur des résultats obtenus de ces appareils de mesures. Les corrélations entre essais in situ. Mesures de Ka. Mesures de la perméabilité des sols.
escription des régions froides. Propriétés physiques et mécaniques des sols gelés. Régime thermique dans le sol. Mécanique du gel dans les milieux poreux. Consolidation lors du dégel. Fondations pour les régions froides. Stabilité des pentes et investigations géotechniques.
Préalable(s) : GCI20535 ou GCI10227
Liste des cours communs
En plus des cours optionnels indiqués dans les listes de spécialisations, des cours communs aux deux concentrations sont aussi offerts.
Approfondissement des notions de description des bases de données à référence spatiale et des applications développées. Maîtrise des concepts et des fonctions offertes par les logiciels de gestion de données à référence spatiale (SIRS). Réalisation d'une application concrète sur logiciel SIRS incluant une partie de la phase de conception de l'application, la programmation de la structure de données et des traitements, la saisie des données et la production d’une carte spéciale sur un thème donné et d'un rapport d'exécution. Ce cours permet à l'étudiant de réaliser concrètement une application, d'évaluer les efforts et les embûches de tels projets, d'effectuer le tout selon une méthode structurée, de documenter adéquatement les étapes du projet et de maîtriser une technologie SIRS.
Dans la liste des cours communs
Thèse quatre-vingt-un (81) crédits :
Chaque étudiant est tenu de rédiger une thèse qui démontre l’aptitude de l’auteur à mener à bien une recherche originale. Cependant, avec l'autorisation du comité de programmes, la thèse peut être constituée en grande partie de publications et ce, conformément au règlement et aux modalités et règles de présentation des mémoires et thèses à l’INRS.
L'étudiant doit s'inscrire à temps complet à ce programme durant au moins six sessions (sans être obligatoire, l'inscription à la session d'été est admise), à partir de la première inscription. Cette période définit le temps minimal de résidence. Le maximum de temps accordé est de 12 sessions.
Note
En vertu d’un protocole d’entente entre l’Université Laval et l’Institut national de la recherche scientifique, chaque établissement confère les grades appropriés aux étudiants qui ont réussi avec succès leur programme d’études, selon ses normes et procédures.