Calcul scientifique et applications

Acquérir les notions de base en calcul scientifique et ses applications, notamment l'analyse de données, la visualisation de données et l'imagerie, nécessaires à l'analyse de phénomènes physiques, hydrogéologiques et environnementaux. Outre la programmation scientifique classique (procédurale), la POO (Programmation Orientée Objet) sera également introduite pour permettre le développement d'applications de calcul scientifique plus complexes notamment en visualisation. Ces concepts seront appliqués à des problématiques diverses, issues de l'hydrologie, la géologie, la géochimie, la télédétection et la géophysique, à l'aide de l'outil de calcul et de programmation scientifique matlab. Des groupes de niveau en programmation scientifique (débutant, intermédiaire, avancé) seront constitués dès le début de cet enseignement. Un projet en sites et sols pollués est prévu en fin de module.
Compétences minimales à acquérir :Maitrise des bases théoriques, des outils de calcul scientifique utilisés en géo-environnement

1. Calcul scientifique appliqué aux sciences de la terre (S. Boukir, L. Fallot et N. Chehata, 22h)

Programmation procédurale et analyse de données (SBetNC, 16h) : rappel des concepts de base de programmation scientifique, structures de contrôle, scripts, fonctions, accès aux données (formats courants tels que fichiers texte, fichiers excel, images). Ces concepts seront abordés au travers de l'implémentation de méthodes classiques de l'analyse de données notamment l'ACP et l'AFD (abordés en ENS1). Application à l'analyse de données environnementales
Programmation Orientée Objet (LFetNC, 10h) : notions de classe et d'objet, propriétés et méthodes de classe, notions d'héritage et d'encapsulation, manipulation d'objets graphiques. Ces concepts seront appliqués en visualisation (partie 3)

2. Imagerie appliquée aux sciences de la terre (S. Boukir, 12h)

Amélioration d'images pour la photo-interprétation : opérations mathématiques (transformations logarithmiques, puissance, linéaire par morceaux), manipulation d'histogrammes (étalement, égalisation), filtrage spatial (atténuation du bruit, rehaussement de contraste, atténuation du flou). Application à la cartographie de l'occupation du sol
Filtrage fréquentiel : Transformée de Fourier 1D et 2D, filtrage passe-bas, passe-haut, passe-bande. Applications en géophysique
Seuillage binaire global (simple, adaptatif). Applications en imagerie microscopique de réservoirs

3. Visualisation appliquée aux sciences de la terre (L. Fallot et O. Atteia, 12h)

Importation et exportation de données
Visualisation de champs vectoriels 2D (exemple : gradient spatial)
Visualisation de champs vectoriels 3D : contours, isocontours, surfaces et maillages, cônes, flux et isosurfaces, coupes 2D (avec filtrage et rehaussement de contraste), contrôle du point de vue, série temporelle
Visualisation de volumes (exemple en tomographie)
Projet (principe du fil rouge) : sites et sols pollués