Hydrology and Integrated Management of Water Resources

Objectifs généraux du Master of Science (Diplôme d’Etudes Approfondies)

Le programme de Master of Science (Diplôme d’Etudes Approfondies) en Sciences de l’Eau et de l’Environnement a pour objectifs de :

• Amener les étudiants à une réelle maîtrise des outils contemporains fondamentaux de pointe dans l’analyse des processus hydrologiques, de leur variabilité et de leurs impacts sur les ressources en eau et l’environnement.

• Développer chez les candidats un haut niveau de connaissances, de rigueur intellectuelle, de curiosité scientifique et de créativité nécessaires tant dans les activités professionnelles de pointe que dans la recherche scientifique pour le développement socio-économique durable du pays et de la sous-région. Objectifs spécifiques du Master of Science (Diplôme d’Etudes Approfondies)

Le programme d’étude est conçu pour permettre au candidat d’approfondir ses connaissances dans la spécialité, de comprendre et d’évaluer la littérature scientifique, et de développer la maîtrise des méthodes rigoureuses de raisonnement et d’expérimentation. Plus spécifiquement, le programme vise à :

• Introduire des concepts modernes de probabilités et de statistiques pour des applications dans le domaine des sciences de l’eau et de l’environnement;
• Développer des aptitudes pour l’analyse des processus hydrologiques, de leur variabilité et de leurs impacts;
• Développer des outils mathématiques pour comprendre et faire des recherches pouvant aboutir à des prises de décision rationnelle dans le domaine de la gestion des ressources en eau et de l’environnement.

Diplôme

Le programme conduit à l’obtention du Master of Science (Diplôme d’Etudes Approfondies) en Sciences de l’Eau et de l’Environnement. Le Diplôme de Master of Science (Diplôme d’Etudes Approfondies) prépare l’étudiant à la poursuite des travaux de recherche en vue de l’obtention d’un Ph.D (Doctorat en Sciences). Stages

Le stage de recherche s’effectue dans un des laboratoires de recherche de la CIPMA ou dans des laboratoires ou entreprises agréées avec suivi pédagogique par un enseignant de la formation. Il permet à l’étudiant de travailler sur un projet de recherche ou de développement sous la supervision pédagogique d’un enseignant de la formation. Le stage s’étend sur une période d’au moins six (6) mois. A la fin du stage, l’étudiant dépose un mémoire au Secrétariat de l’Ecole Doctorale. Ce mémoire est soutenu devant un jury dûment mandaté. Candidatures

Le Master of Science (Diplôme d’Etudes Approfondies) en Sciences de l’Eau et de l’Environnement a un caractère régional et international. Il est ouvert à tout étudiant qui désire élargir ses compétences dans le domaine des relations entre le climat, les ressources en eau et l’environnement. Il s’appuie, de ce fait, sur les institutions régionales et internationales spécialisées et les universités membres de la CIPMA. Profil des candidats

Les candidats à cette formation doivent être titulaires d’un Bachelor of Science (Maîtrise) en Mathématiques, en Sciences Physiques, en Sciences Naturelles, ou de tout autre diplôme équivalent.

Contenu du programme

i) Crédits de tronc commun

• Eléments de Physique Mathématique :

Préliminaires - espaces de Hilbert - Espace L2 - Notion d’Analyse des opérateurs - Polynômes orthogonaux à poids continus et discrets - Espace de Sobolev - Distributions - Opérateurs aux dérivées partielles - Problèmes variés ou limités.

• Analyse numérique : Interpolation et approximation - Equations différentielles ordinaires : schémas de discrétisation, méthodes d’intégration : Euler, Runge-Kutta et prédicteurs-correcteurs - stabilité et application aux systèmes - Problèmes à valeurs initiales et à valeurs aux limites - Méthode de tir aux dérivées partielles - Méthode des différences finies - Schémas compacts - Classification, théorie des caractéristiques, discrétisation et erreurs - Méthodes numériques de résolution des équations: équations paraboliques, hyperboliques, élliptiques - Stabilité et critères de convergence - Applications pratiques - Méthode des éléments finis : concepts et applications - Traitement des problèmes non-linéaires - Formulation intégrale des problèmes de champ, conditions aux frontières - Eléments finis :conformes, non-conformes, singuliers - Problèmes non stationnaires - Instabilités des solutions.

• Informatique et programmation : Environnement informatique local - Etude du langage de programmation Fortran ou C++ - Notion de programmation structurée - Applications à la résolution de quelques problèmes de base en sciences - Mise en œuvre des algorithmes numériques.

ii) Crédits obligatoires

• Mécanique des fluides :

Introduction à la mécanique des milieux continus - Différents types de fluides : fluide parfait, fluide visqueux, fluide non-newtonien - Lois de conservation et équations de bilan d’un milieu continu - Lois de conservation et notion de symétrie - Equation du mouvement d’un fluide visqueux - Phénomènes convectifs - Turbulence - Etude de la couche limite - Cas particulier de la couche limite atmosphérique - Applications aux phénomènes météorologiques.

• Hydraulique :

Ecoulement à surface libre - Régimes d’écoulement : (écoulements critique, uniforme, graduellement varié ou rapidement varié) - Ouvrages de contrôle, ressaut hydraulique - Ecoulement non permanent - Ecoulement transitoire et ondes de crues - Transport de sédiments : distribution des vitesses au voisinage d’une parois, analyse dimensionnelle, théorie de von–Karman-Prandlt; caractéristiques des matériaux de fond, formules expérimentales et empiriques de Strickler, Meyer –Peter, etc…). Ecoulement dans les milieux poreux - Ecoulement permanent en milieu homogène et multicouche isotrope et anisotrope - Modélisation hydrodynamique (intégration temporelle et spatiale, modèles bi et tridimensionnels, sollicitations et conditions aux limites, solutions numériques) - Exemple d’application d’un modèle hydrodynamique.

• Mécanique aléatoire :

Principes de la théorie des probabilités - Processus stochastiques et champs aléatoires (processus stochastiques classiques, processus de Poisson, processus de Poisson composé, processus ARMA, processus de second ordre, espérance conditionnelle, propriétés de Markov) - Statistique sur les fonctions aléatoires. Filtrage linéaire et analyse spectrale - Processus à accroissements indépendants (mouvement Brownien, processus de Wiener-Levy) - Calcul de Ito (intégrale stochastique des processus et formule de Ito, Intégrale symétrique de Stratonovich) - Equations différentielles stochastiques - Processus de Markov et diffusion - Applications à la modélisation hydrologique.

• Hydrologie de surface :

Introduction à l’hydrologie - Cycle de l’eau (Précipitation, évaporation, évapotranspiration, infiltration) - Schématisation du bassin versant - Influence des caractéristiques physiques du bassin versant sur l’écoulement (bassins urbains, bassins ruraux, petits bassins, grands bassins) - Ruissellement de surface, écoulement hypodermique, écoulement souterrain - Erosion, transports solides et aménagement des bassins versants - Caractéristiques et propriétés des modèles déterministes en hydrologie - Utilisation d’un modèle déterministe sur un bassin versant - Modèles stochastiques.

• Hydrologie statistique :

Généralités - Mesures, acquisition et traitement des données. Lois statistiques (normale, exponentielle, gamma, etc…) - Lois extrêmes (Gumbel, log-Pearson III) - Tests statistiques (excédence et évaluation des données) - Séries chronologiques - Statistique multivariée - Statistique d’échantillonnage et de suivi - Analyse de fréquence locale et régionale des précipitations et des débits - Caractéristiques et propriétés des modèles statistiques en hydrologie - Les méthodes bayésiennes en hydrologie. Introduction aux méthodes de Monte Carlo par Chaînes de Markov (MCMC) - Applications pratiques - Modèles ARMA, ARIMA - Calcul de prévision.

• Hydrogéologie et techniques géophysiques :

Etat de l’eau dans les matériaux géologiques - Propriétés des matériaux aquifères - Typologie des systèmes hydrogéologiques - Ecoulements souterrains - Hydraulique des captages - Prospection et exploration des ressources d’eaux souterraines - Modélisation hydrogéologique (équation de l’écoulement souterrain, régimes permanent et transitoire, équation de transport des solutés et de la chaleur, solutions analytiques et numériques, para métrisation et calibration, conditions aux limites) - Exemple d’application d’un modèle hydrogéologique.

• Gestion des ressources en eau :

Application des techniques d’optimisation et de simulation à la planification et à la gestion intégrée des ressources en eau - Méthodes d’évaluation mono et multicritère - Gestion intégrée des bassins hydrographiques avec ou sans système de réservoirs - Gestion de la qualité du cours d’eau - Aménagement des bassins (barrages en terre, barrages hydroélectriques, canaux et conduites forcées) - Aspects juridiques et institutionnels : Code de l’eau, administration publique de l’eau, Politique de l’eau au Bénin et dans la sous région, gestion des projets.

• Gestion de l’environnement :

Généralités sur l’environnement - L’eau et l’environnement qualité de l’eau – Gestion des déchets : Compostage et stockage - Contamination des nappes - Traitement des eaux potables - Traitement des eaux usées - Thermodynamique des phénomènes irréversibles - Impacts environnementaux des énergies - Aspects juridiques et institutionnels de l’environnement : Procédure d’étude d’impact environnemental, Administration publique de l’environnement.

• Sciences et technologie de l’espace :

Bases physiques de la télédétection - Phénomènes physiques impliqués dans l’obtention des images par les satellites de télédétection - Rayonnement électromagnétique terrestre - Interaction des différents rayonnements avec l’atmosphère et la surface terrestre - Radiométrie des objets et notion de signature spectrale - Fonctionnement des capteurs de rayonnement (optique, infrarouge, radar) et leurs caractéristiques principales (résolution spatiale, sensibilité…) - Les différentes plates-formes spatiales - Méthode d’analyse numérique des données en télédétection : corrections radiométriques, corrections géométriques, classification, segmentation, amélioration des images en vue de leur interprétation, analyse de texture - Applications de la télédétection à la météorologie, l’hydrologie, l’environnement applications des techniques de radar-météo à la mesure des précipitations - Exploitation des informations satellitaires. Systèmes d’informations géographiques (SIG) et bases de données en hydrologie.

iii) Crédits optionnels

• Méthodes numériques et prévisions :

Introduction à la météorologie - L’atmosphère statique - Composition de l’atmosphère inférieure et de l’atmosphère supérieure - Sommaire climatologique - Le bilan du rayonnement - L’atmosphère dynamique - Structure verticale - Modèles climatiques : Modèles de Circulation Générale de l’Atmosphère (MCGA) et Modèles de Circulation Régionale (MCR).

• Ondelette et application hydrologique :

Analyse de Fourier - Théorème de Shannon et échantillonnage - Transformée continue et discrète en ondelette et reconstruction - Transformée de Fourier à fenêtre glissante - Notion de systèmes générateurs et bases - Analyse multi-résolution, fonctions d’échelle et ondelettes - Ondelette de Haar, de Meyer, de Battle-Lemarié - Ondelettes à support compact Transformation rapide.