1. PLANETE TERRE
Cosmologie
Planétologie
Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com

2. Organisationducours Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète Terre
ÉTOILES
&
GALAXIES
NOTRE
SYSTÈME
SOLAIRE
LA VIE
DANS
L’UNIVERS
DU BIG BANG
À L’UNIVERS
CONNU
DYNAMIQUE
DE LA
TERRE SOLIDE
Théorie du
Big Bang
Forme et dimensions
de l’Univers
Début de l’Univers?
La théorie du Big Bang
L’expansion de
l’Univers
Rapport Hydrogène/
Hélium
Un Univers homogène
et isotrope
La planitude de
l’Univers
Forces et particules
Le Big Bang
Composition de
L’Univers
L’avenir de l’Univers
Quand les galaxies
étaient nébuleuses
L’origine des galaxies
et des étoiles
Les galaxies
Les amas de galaxies
Les rencontres de
galaxies
Les nébuleuses
Les étoiles
Formation des étoiles
Hertzsprung–Russel
Les différents types
d’étoiles
La fin des étoiles
géantes
Formation du
système
solaire
Organisation
du système
solaire
Système
solaire
interne
Système
solaire
externe
Observations de
surface
Structure
sismique du
globe
Structure
interne de la
Terre
Tectonique des
plaques
Le magnétisme
terrestre

3. Particule affectée Portée Intensité Bosons
•La force nucléaire forte Quarks Subatomq Forte Gluon
•La force électromagnétique Particules chargées Infinie Photon
•La force nucléaire faible Quarks et leptons Subatomq W et Z
•La force de gravitation Particules massiques Infinie Faible Graviton
Le modèle standard de l’Univers considère 4 forces fondamentales qui agissent sur les
particules qui composent l’Univers:
Forcesetparticules Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreThéorie du
Big Bang
Agit sur
Force
électrofaible
Force
réunificatrice
Théorie
des
supercordes
Sur un temps court (=5,4.10-44 sec, le
temps de Planck) et une distance
courte (=1,8.10-33 cm, la longueur de
Planck), ces forces entrent en
contradiction avec la théorie
d’Einstein.
C’est la frontière entre théorie de la
relativité et la physique quantique.
Réconcilier la gravité et les autres
forces constitue le prochain défi à
relever pour les physiciens, la gravité
quantique.

4. Constellation du Cygne
Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreObjets
stellaires
Distance: 180 pc
Magnitude: 3,3 – 14,2
Masse: 15,5 Masse solaire
Chi Cygni montre l’une des plus grandes variations en magnitude connues.
Sa magnitude fluctue selon une période de 407 jours.
Visible uniquement au télescope à son minimum elle est facilement visible à l’œil nu à son
maximum.
Chi Cygnus
Lesdifférentstypesd’étoiles–Lesétoilesvariables

5. Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreBig Bang & Univers De la voie lactée
Au Soleil
VENUS
Distance au Soleil: 108,2 Millions de km
Diamètre: 12 104 km (0,95 x la Terre)
Période de révolution: 225 jours
La surface de Vénus est essentiellement
composée de laves. Elle est beaucoup moins
cratérisée que Mercure  la surface est
beaucoup plus jeune.
La planète Vénus a été très active du point
de vue volcanique (Volcanisme arrêté il y a
environ 10 Ma). A l’heure actuelle il ne
semble pas y avoir ni volcanisme, ni
tectonique des plaques.
Surface composée
de laves
Manteau
silicaté
Noyau de Fer/Nickel
Externe: liquide
Interne: solide
Arachnoïde
Couronne
Farrum
Systèmesolaireinterne–Vénus

6. StructureinternedelaTerre Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreLa Terre solide
et sa dynamique
La structure interne de la Terre correspond à une zonation thermo-mécanique.
LVZ
LITHOSPHERE
MANTEAU >
MANTEAU <
NOYAU EXTERNE
NOYAU
INTERNE
Moho
Discontinuité de
Gutenberg
Discontinuité D’’
La Température de la roche augmente en fonction de la profondeur
 C’est le gradient géothermique, il est de 30°C/km en moyenne
0 2000 4000 6000
Ondes POndes S Temperature
Temperature (°C)

7. GEODYNAMIQUE
EXTERNE
Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com

8. Organisationducours
LE SOLEIL
COMME
SOURCE
D’ENERGIE
PHYSIQUE DES
ENVELOPPES
FLUIDES
LES CYCLES
BIOGEOCHIMIQUES
RECHAUFFEMENT
CLIMATIQUE ?
PALEO
CLIMATOLOGIE
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqLe Soleil,
source d’énergie
LES CLIMATS
DE LA TERRE
Nature des
rayonnements
Bilan radiatif
de la Terre
L’Effet de serre
Latitude et
énergie solaire
Régions
excédentaires
/ Régions
déficitaires
Implications de la
zonation
thermique
Pression et vents
Dynamique
générale de
l’atmosphère
Températures de
l’océan
L’océan un
système
dynamique
Les échanges
océan/atmosphère
Le cycle de l’eau
Le cycle du
carbone
Le cycle de
l’oxygène et le
couplage CO2-O2
Le cycle de
l’azote
Le cycle du
phosphore
Le cycle du
soufre
Les saisons
Propriétés des
masses d’air, fronts
et perturbations
La zonation
climatique de la
Terre
Les phénomènes de
mousson
Les cyclones
tropicaux
Les orages
El Niño & La Niña
L’oscillation Nord
Atlantique
Les archives
climatiques
Greenhouse VS
Icehouse
Historique de la
paléoclimatologie
La théorie
astronomique des
climats
Les cycles
Glaciaire/Interglaci
aire
Les pulsations
climatiques
Gaz à effet de serre
Le réchauffement
planétaire
Influence du Soleil
Causalité
ges/réchauffement
planétaire
Conséquences du
réchauffement
planétaire
Notre compréhension
du réchauffement
climatique
Aspects diplomatiques
et économiques
Que faire?

9. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqLe Soleil,
source d’énergie
L’effet de serre est donc un phénomène nécessaire au maintien de températures
positives à la surface de la Terre. Si l’on résume grossièrement le bilan thermique:
• 30% de l’énergie solaire reçue  Réfléchie par les nuages, l’atmosphère et le sol
• 50% absorbés par la Terre (20% réémis en infrarouges, 10% transmis à
l’atmosphère par conduction, 20% servent à l’évaporation)
• 20% directement absorbés par l’atmosphère
390
78
326
160 + 326 = 390 + 96
Energie absorbée par les gaz à effet de serre
78 + 96 + 390 = 326 + 238
96
238
Rayonnement solaire
parvenant au niveau
de l’atmosphère
Rayonnement solaire
réfléchi par les nuages,
l’atmosphère et le sol
Rayonnement
infrarouge
absorbé
par le sol
Chaleur
et évapo-
transpiration Rayonnement
infrarouge émis
par le sol
Emission
d’infrarouges
vers l’espace
Bilan radiatif de la Terre (en W.m²)
L’effetdeserre

10. Esterlies
polaires
Front polaire
Jet polaire
Jet subtropical
Dynamiquegénéraledel’atmosphère Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqEnveloppes
fluides
Westerlies
Alizés du nord est
Alizés du sud est
PO
LAI
RE
F
E
R
R
E
L
H
A
D
L
E
Y
H
A
D
L
E
Y
FE
RR
EL
PO
LAI
RE

11. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqCycles
biogéochimiques
Lecycledel’oxygèneetcouplageCO2-O2
Le cycle de l’oxygène est un cycle court attaché au cycle court du carbone organique: la
végétation produit une certaine quantité d’oxygène grâce à l’activité de photosynthèse des
végétaux.
C’est l’océan qui partaiquement à lui seul joue le rôle de régulateur de l’oxygène
atmosphérique. La composante végétale du plancton, le phytoplancton, produit de
l’oxygène par photosynthèse. Cependant une partie seulement de la matière organique est
oxydée, l’autre partie se dépose au fond des océans et est incorporée dans les sédiments
(où elle est protégée de l’oxydation permettant la formation des hydrocarbures).
Finalement une partie de l’oxygène océanique est donc libérée dans l’atmosphère et va
être utilisée pour la respiration ainsi que les phénomènes d’oxydation.
 C’est le taux d’enfouissement du carbone organique et celui de l’oxydation des
matériaux terrestres qui conditionne la teneur en 02 dans l’atmosphère.
<<

12. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqClimats
de la Terre
ElNiño&LaNiña
Des vents d'ouest apparaissent à l'extrémité est du bassin et repoussent le réservoir
d'eau chaude vers le centre du Pacifique équatorial. Les alizés s'affaiblissent, voire
disparaissent. La zone des précipitations se déplace également vers l'est, provoquant des
pluies abondantes sur les îles du centre du Pacifique, puis sur la côte ouest de l'Amérique
du Sud.
EL NIÑO
Le long des côtes du Chili et du Pérou, l’upwelling
s’étant arrêté les sels nutritifs se raréfient, ainsi
que les poissons.

13. Les événements de Heinrich
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiq Climats
passés
Lespulsationsclimatiques–CyclesdeBond

14. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiq Global
warming ?
Conséquencesduréchauffementplanétaire
 Impact sur les écosystèmes
Changement climatique et qualité du vin…
La durée de la saison de
végétation et les
températures sont critiques
sur la croissance de la vigne
et la qualité du vin (capacité
des raisins à atteindre un
niveau optimal de sucre,
d’acidité et de parfum)
Des températures prolongées au dessus de 10°C peuvent causer une véraison prématurée,
une forte perte des raisins ou une totale absence de parfum.
Qualité et fréquence des vins devraient
augmenter. Diminution des risques
Diminution de la production de vins de qualité de
tout type

15. MODELISATION
CLIMATIQUE
Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com

16. Pour cet exercice nous allons travailler sur un modèle une couche d’une centaine de
mailles (cases):
MaillagedelaCorse Qu’est ce qu’un modèle? Application à la CorseModèle Terrestre Application d’un modèle
au climat Corse

17. On utilise la méthode numérique des différences finies à notre système en 2D (nous
considérons notre système isotrope pour le moment).
Notre maillage est défini sur la base d’une grille à éléments carrés, de ce fait la formule
pour calculer les valeurs des mailles en fonction des mailles adjacentes (méthode itérative)
est :
Vi,j = (Vi+1,j + Vi,j-1 + Vi-1,j + Vi,j+1) / 4
On applique cette formule à toutes les mailles de notre modèle.
Premiermodèle Qu’est ce qu’un modèle? Application à la CorseModèle Terrestre Application d’un modèle
au climat Corse

18. PALEONTOLOGIE
Mathieu Dalibard – dalibard@univ-corse.fr

19. Origine / Evol°Organisationducours
ORIGINE ET
EVOLUTION
DE LA VIE
RECONNAISSANCE
DES MACRO
ET DES
MICROFOSSILES
PALEO
BOTANIQUE
EVOLUTION
DES
VERTEBRES
NOTION DE
CRISE DU
VIVANT
EXEMPLE DE
RECONSTRUCTION
PALEOENVIRONNE
MENTALE
Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et
evolution
Apparition de
la vie sur
Terre
Il était une
fois la vie
Mécanismes
et modalités
de l’évolution
Foraminifères:
Rois de la paléo-
océanographie
Cnidaires, Trilo-
bites et echino-
dermes: voyage
à Burgess
Brachiopodes VS
Bivalves
Gastéropodes et
Céphalopodes: les
viscérocon-ques
Les Echinodermes
De la
photosynthèse à la
conquête des
continents
Systématique
Les cryptogames
Les
préspermaphytes
Les phanérogames
TP – Evolution des
plantes
TP - L’utilisation de
la palynologie en
paléoclimats –
Application à
l’Afrique tropicale
L’origine des
vertébrés
La conquête du milieu
aquatique
La « sortie des eaux »
La révolution
amniotique
L’âge des reptiles
La frontière
Dinosaures/Oiseaux
Les « reptiles
mammaliens »
Le règne des
mammifères
Un petit pas pour les
Primates...
... Un grand pas vers
l’humanité
Le retour du
catastrophisme
Quantification des
extinctions
Crise ou Radiation?
Qu’est ce qu’une
extinction
Taxons et crises
Les causes des
extinctions
Les big fives
Exemples de « crises
mineures »
Explosions et
radiations adaptatives
Les extinctions
normales
Périodicité des
extinctions
La méthode des
Cénogrammes – La
Grande Coupure
Théorie et pratique
de la phylogénie
Biochronologie et
chronostratigraphie
Le CO2 et l’évolution
des végétaux feuillés
PaléoADN et
évolution
Ichnopaléontologie et
Biométrie
Foraminifère et
paléocéanographie
Paléobiogéographie
Paléoécologie

20. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et
evolution
Mécanismesetmodalitésdel’évolution
 L’évolution existe-t’elle?
 Evolution de la pensée évolutive
 Quelques « règles » du vivant
 Les « lois » de l’évolution
 Différents niveaux d’observation
1- Adaptation et Evolution
 Sélection et adaptation
 Sélection naturelle: modalités
 Sélection sexuelle
 La variabilité intraspécifique
 La spéciation
 Le gradualisme phylétique
 Les équilibres ponctués
 Le cas de l’insularité
2- Génétique et Evolution
 La conception biologique de l’espèce
 Génétique et évolution
 Mutations et modifications de l’espèce
 Génétique et sélection
3- Développement et Evolution
 L’EVO-DEVO
 La génétique du développement
 Les allométries de croissance
 Les hétérochronies du développement
4- Origine de la forme et Evolution
 Biophysique et morphogénèse
 La suite de Fibonacci dans le vivant
 Structures de Turing et morphogénèse
Conclusion
 L’évolution une notion qui évolue...
 Les crises et les radiations
Théorie Darwinienne de
l’Evolution
Théorie Synthétique de
l’Evolution ou
Neodarwinisme
Théorie de l’EVO-DEVO
Développement,
Morphogénèse et Evolution

21. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et
evolution
Ces modifications du développement ontogénétique constituent un mécanisme important
de l’évolution. Ces changements expliquent l’apparition soudaine de certains caractères
dans des lignées et les variations non graduelles.
A B C D E
A B C D E
A B C D E
A B C
A B C D
A B
A B C D
DEBUT DU
DEVELOPPEMENT
FIN DE LA
CROISSANCE
APPARITION DES CORNES
DEVELOPPEMENT ANCESTRAL
PROGENESE
NEOTENIE
POST-
DEPLACEMENT
HYPERMORPHOSE
ACCELERATION
PRE-
DEPLACEMENT
SIX ALTERATIONS POSSIBLES DU DEVELOPPEMENT DES DESCENDANTS
Mécanismesdel’évolution–Leshétérochroniesdudéveloppement

22. Nautiloïdes
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Macro et
micro fossiles
Céphalopodes–Avousdejouer
Ammonoïdes Coleoïdes
Orthocône
Cyrtocône
Gyrocône
Ophiocône
Nautilocône
Cadicône
Ellipticône Sphaerocône
Oxycône Serpenticône
Platicône
Goniatite
Cératite
Ammonite
Phyloceratina
Lytoceratina
Ammonitida Clymenida
 Le rostre: en forme de cigare et constitué
de couches concentriques de calcite
fibreuse
 Le phragmocône: élément cônique
cloisonné traversé par un siphon ventral
 Le proostracum: prolongement dorsal en
forme de lame du phragmocône
Chez les Belemnites:

23. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Paléo
botanique
Gymnosperme = graine nue
Principalement représentées par les Coniférophytes. Ils apparaissent au Dévonien ont leur
apogée durant le Mésozoïque et sont encore bien représentés à l’Actuel.
L’apparition d’une grande diversité de plantes à
cette époque est nommé l’Explosion Dévonienne.
Le « verdissement » des continents agit comme un
puit de dioxyde de carbone. La probable diminution
des gaz à effets de serre dans l’atmosphère est
évoqué comme cause pour expliquer l’épisode
d’extinction fini Dévonien par le biais d’un
refroidissement global.
Lesphanérogames

24. PRIMAIRE SECONDAIRE TERTIAIRE IV
aireCamb. Ordo. Dévo. Trias Jur. Paléoc.Sil. Carbo. Permien Ctcé Eoc. Oligoc. Mioc. Plio.
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.L’évolutiondesvertébrés
Gnathostomes
Chondrichtyens
Osteichtyens
Actinopterygiens
Sarcopterygiens
Ripidistiens
Tétrapodes
Reptiliomorphes
Amniotes
Synapsides
Sauropsides
Anapsides
Diapsides
Sauropterygiens
Lépidosaurom.
Lépidosauriens
Euryapsides
Archosaurom.
Archosauriens
Squamates
Dinosaures
Thérapsides
Mammifères
Prothériens
Thériens
Placentaires
?
Urochordés
Céphalocordés
Agnathes myxinoïdes
Agnathes Petromyzontides
Elasmobranches
Holocéphales
Chondrostéens
Holostéens
Téléostéens
Actinistiens
Dipneustes
Amphibiens
Chéloniens
Rhyncocéphales
Lacertiliens
Ophidiens
Crocodiles
Oiseaux
Monotrèmes
Marsupiaux
Proboscidiens
Artiodactylae
Cétacés
Perissodactylae
Chiroptères
Primates
Homina
** Thécodontes
Placodermes
Acanthodiens
Porolépiformes
Ostéolépiformes
Elpistostégaliens
Diadectomorphes
Cotylosauriens
Pareiasaur.
Mésosaures
Ichtyosaures
Placodontes
Nothosaures
Plésiosauriens
* Eosuchiens
Mosasaures
Rhyncosauriens
Crurotarsiens
Pterosaures
Ornitischiens
Saurischiens
*** Pélicosaures
Sphenacodontidae
DicynodontesGorgonopsia
**** Cynodontes
Multituberculés
Docodontes
Triconodontes
Symmétrodontes
Creodonta
***
**
*
****
Evolution des
vertébrés

25. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Evolution des
vertébrés
Si l’on résume:
Tétrapodes
Amniotes
Ichthyostega
Acanthostega
Tulerpeton
Pederpes
Tiktaalik
Eryops
Diplocaulus
La«sortiedeseaux»

26. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Crise du
vivant
 3 grandes faunes:
• Cambrienne
• Paléozoïque
• Moderne
 5 grandes crises:
• Ordovicienne
• Frasnien/Famennien
• Permo/Trias
• Trias/Jurassique
• Crétacé/Tertiaire
Sepkoski et Raup sont connus pour leur travaux effectués sur de gigantesques bases
de données paléontologiques (nombre de familles d’invertébrés marins).
Ils identifient trois grandes faunes évolutives (Cambrienne, Paléozoïque et moderne) qui
sont composées de classes d’animales qui présentent des patterns de diversification
parallèles (en terme de taux de renouvellement, d ’écologies...) et qui se succèdent les
unes aux autres au cours du temps.
Entre et durant ces trois phases s’intercallent 5 épisodes de crises biologiques (les « big
fives »).
Leretourducatastrophisme

27. Chien Ours Racoon Belette Phoque Otarie Chat Singe
Chien 0 32 48 51 50 48 98 148
Ours 32 0 26 34 29 33 84 136
Racoon 48 26 0 42 44 44 92 152
Belette 51 34 42 0 44 38 86 142
Phoque 50 29 44 44 0 24 89 142
Otarie 48 33 44 38 24 0 90 142
Chat 98 84 92 86 89 90 0 148
Singe 148 136 152 142 142 142 148 0
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Reconstruction
paléoenvir.
Théorieetpratiquedelaphylogénie–Application
1. Trouver les deux taxons i et j pour lesquels la distance Dij est la plus petite
2. Créer le nouveau groupe (ij) contenant nij membres avec nij = ni + nj
3. Connecter i et j dans l’arbre à un nouveau noeud (ij) qui correspond au nouveau groupe. Attribuer aux branches
connectant i à (ij) et j à (ij) la longueur Dij / 2
4. Calculer la distance entre le nouveau groupe (ij) et tous les autres groupes en utilisant Dij,k = ni x Dik / (ni + nj) + nj
x Djk / (ni + nj)
5. Eliminer les colonnes et les lignes correspondant aux groupes i et j et ajouter celles correspondant au nouveau
groupe (ij).
6. Si il reste un seul élément dans la matrice, arrêter, sinon retourner en 1.