M2 - Eau-Ressource (ER)

Cette UE s'appuie sur de nombreux exemples concrets présentés par des spécialistes et experts environnementaux travaillant en bureau d’étude et entreprises, EPIC, ou instituts de recherche du secteur de l’eau et de l’environnement.                                                                            Les enseignements comportent une journée de terrain, dédiée à la caractérisation des propriétés physiques des cours d’eau et aquifères, ainsi qu’à diverses techniques de mesures hydrométriques. Des sessions spécifiques donnant les bases nécessaires à l’exploitation des données hydrologiques et hydrogéologiques acquises in situ seront également proposées.

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L’UE a l’ambition d’accompagner les étudiants à la pratique et la prise de recul de haut niveau sur la modélisation hydrologique des bassins versants dominé par les activités agricoles et soumis au changement climatique. L’UE s'articule autour de 4 points de vue :

1. Hydrologie de bassin versant et sa place dans l’histoire des sciences,

2. Spécificités des paysages agricoles et implications pour la modélisation ,

3. Problématique du changement d'échelles,

4. Pratique et critique de la modélisation hydrologique.

L’UE fournira des connaissances avancées sur les fonctions de production, les fonctions de transfert, la modélisation globale et distribuée. Elle conduira les étudiants à la pratique autonome de différents modèles hydrologiques (Green et Ampt, réservoir, Curve Number, hydrogramme unitaire, cascade de réservoirs, etc) et à la prise de recul sur la paramétrisation, la calibration et la validation de modèles hydrologiques.

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L’état d’un cours d’eau au sens de la DCE comprend deux aspects : un état chimique et un état écologique. Pour définir l’état écologique, plusieurs paramètres devront être pris en compte, y compris des paramètres liés au volume d’eau (via la mesure du débit) du cours d’eau. Dans cette UE, les étudiants seront amenés à effectuer des mesures de terrain ou en laboratoire visant à déterminer une partie des paramètres clefs dans la détermination de l’état d’un cours d’eau ou plus généralement utilisés dans les études hydrologiques (crues, évaluation de la ressource…).

4 volets seront abordés :

- le volet Hydrométrie, avec l’utilisation de différentes techniques de jaugeage (méthode point par point avec courantomètre électromagnétique, ADCP, méthode par dilution, jaugeage aux flotteurs, radar).

- le volet Hydrodynamique des sols, avec l’utilisation de plusieurs méthodes d’infiltrométrie pour déterminer la conductivité à saturation, le prélèvement de cylindres de sol pour détermination après séchage de la porosité, masse volumique sèche, et teneur en eau du sol.

- le volet Hydrochimie, avec :

• une partie sur le terrain (prélèvements et analyses avec un multiparamètres et un spectrophotomètre de terrain) pour les paramètres physico-chimiques (température, conductivité électrique, pH, oxygène dissous, TAC, PO4 et NO3, …)
• une partie en laboratoire (analyse et quantification de la présence de 4-tert-octlyphenol dans un échantillon d’eau de surface, par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS/MS)) pour déterminer la présence à l’état de trace de contaminants émergents de la famille des alkylphénols ethoxylates (APEO), composés présents dans les produits comme les détergents, émulsifiants et solubilisants.

- le volet Hydrobiologie, avec la prise en compte de la présence ou absence de certaines espèces: les poissons, les invertébrés, les macrophytes (plantes aquatiques) et les diatomées (algues unicellulaires), en vue de la détermination d’indices spécifiques (IPR, IBGN, IBMR, IBD)  relatifs à la qualité biologique du cours d’eau.

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Cette UE s’intéresse aux eaux minérales naturelles et aux eaux thermales dont les spécificités et caractéristiques en font des ressources particulières en termes d’exploitation, gestion et protection de leurs gisements. Les étudiants seront ainsi formés aux volets techniques et réglementaires/sanitaires spécifiques encadrant l’exploitation de ces ressources, notamment grâce à des interventions de professionnels du secteur et à la visite d’un site d’exploitation. Ils seront en outre sensibiliser à la gestion et protection de ce type d’aquifères de façon à pouvoir proposer des protocoles d’études à mettre en place in situ pour caractériser et protéger ces ressources et ainsi acquérir une expertise hydrogéologique pour ce type d’aquifères.

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Cette UE doit permettre aux étudiants d’acquérir les compétences nécessaires au recueil de données hydrométriques (au sens large) sur le terrain et de savoir les appliquer à différents types d’étude de cas, ceci afin de mener un projet d’ingénierie/de recherche en hydrogéologie.

Cette UE se déroule en deux temps :

• Une première semaine réalisée entièrement sur le terrain dans le département des Pyrénées Orientales ;
• Une seconde semaine réalisée en salle, afin de dépouiller, analyser et interpréter les données acquises sur le terrain.

Durant la 1^ère semaine, les 3 premières journées sont consacrées à l’acquisition des différentes compétences techniques en hydrométrie (au sens large) in situ, afin que les étudiants soient ensuite « maitre d’œuvre » durant les 2 dernières journées pendant lesquelles ils travailleront sur une étude de cas à résoudre par groupe-projet. Ils seront alors répartis sur 2 sites expérimentaux sur lesquels seront déclinés les projets à mener. Les sujets seront présentés plus précisément en début de stage afin que les groupes préalablement définis proposent un protocole expérimental à mener in situ, leur permettant de résoudre leur problématique. L’équipe encadrante validera les protocoles envisagés la veille du démarrage des expérimentations.

Durant la 2^ème semaine, les étudiants dépouilleront leurs données acquises sur leur terrain-projet, et se répartiront les différentes analyses et interprétations de ces données afin de proposer une présentation et un rapport intégrant et synthétisant tous ces résultats, qui servira à évaluer leur travail.

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Cette UE comporte une partie théorique permettant la compréhension des transferts et une partie plus pratique conciliant à la fois le terrain, la modélisation numérique et la réalisation d’études environnementales. L’hydrogéologie quantitative y est abordée au travers de solutions analytiques et numériques permettant de rendre compte des transferts dans le milieu souterrain.

Cette UE aborde notamment :

1) les outils mathématiques et équations fondamentales à la base des modélisations analytiques et numériques ;

2) les principes de la modélisation numérique (MDF) ; 

3) la méthodologie typique permettant la réalisation d’un modèle numérique 3D pour la simulation des écoulements et ;

4) l’analyse de scénarios intégrant forçages climatiques ou anthropiques pour une gestion optimale de la ressource en eau.

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L'UE « modélisation hydrologique / hydraulique et risques d’inondations » propose l'étude du phénomène de genèse des crues, de propagation des crues et les inondations. Le module vise à permettre aux étudiants d’acquérir les compétences en modélisation hydrologique et hydraulique des processus aux échelles du bassin versant et du cours d’eau :

1) La fonction de production visant à séparer la pluie en ruissellement et infiltration;

2) La fonction de transfert  sur les versants et via le réseau hydrographique, le débordement et les inondations ;

3) La construction d’une pluie de projets et de l’hydrogramme synthétique;

4) Des applications de modèles hydrologiques et hydrauliques de crues.

L’UE comporte aussi une journée terrain (acquisition des données in situ pour les besoins de la modélisation hydrologique/hydraulique, analyse in situ du risque inondation).

Les Travaux Dirigés portent sur des applications pratiques sur des bassins versants et cours d’eau en France et à l’étranger en utilisant les modèles hydrologiques spatialisés de crues (e.g. ATHYS, MHYDAS) et des modèles hydrauliques (HEC-RAS, Onde diffusante, Onde cinématique, etc.) : analyse de données pluie/débit, utilisation de modèles hydrologiques/hydrauliques, paramétrisation/calage/validation des modèles, analyse de l’impact de scénarios d’aménagements (digue, barrage, etc.).

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Cette UE aborde les notions de transfert de masse et de chaleur dans les aquifères ainsi que les caractéristiques de la géothermie basse énergie à haute énergie.                                                                                                                                                                                                             

La vulnérabilité de la ressource souterraine sera appréciée et, le cas échéant, des méthodes permettant de protéger l’aquifère vis-à-vis de la pollution seront évaluées. Différentes techniques permettant la dépollution des aquifères seront également abordées, notamment au travers des réponses que permettent d’apporter les outils de simulation numérique.

Les principes de la géothermie seront également abordés au travers d’exemples de dispositifs spécifiques reposant sur les trois types de Géothermie (de peu profonde à très profonde, de basse température à très haute température).

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Cette UE s’articule autour du Bassin Versant Méditerranéen du Vidourle et du nouveau site expérimental de l’Observatoire Multi-Échelle de la DYnamique des Crues et de l’hYdrodynamique Souterraine en milieu karStiques  (MEDYCYSS – OSU OREME -SNO KARST). 

Une première journée de terrain permet de présenter le contexte géographique, géologique et climatique, ainsi que les différents éléments géomorphologiques, les différentes phases orogénétiques et leurs liens avec la végétation. Un arrêt sur le site expérimental permet de présenter les dispositifs de mesure (pluviomètre, tour à flux, sondes mesurant la  température et l’humidité du sol…) utilisés,  avant d’aborder la problématique du risque hydrologique avec le barrage écrêteur de crue de Conqueyrac. Une partie plus théorique permettra de redéfinir les notions de géomorphologie, hydrogéomorphologie et abordera les transferts sol végétation atmosphère.                            

La deuxième journée de terrain, autour du site expérimental localisé à proximité du causse de Pompignan, est consacrée à des mesures de terrain : infiltrations dans le sol pour déterminer la conductivité hydraulique à saturation, prélèvement de cylindres de sol pour déterminer la porosité, la teneur en eau, la masse volumique, mesures sur la végétation, mesure de débit.   

La dernière partie de l’UE est consacrée à la modélisation hydrologique avec l’initiation au logiciel HEC-HMS dans le cadre de TPs, visant à estimer la ressource en eau disponible à l’échelle du BV (incluant le volet évapotranspiration), et prévoir les débits lors de crues occasionnées notamment par des épisodes cévenols. Les données mesurées sur le terrain seront réinvesties dans ce travail de modélisation.

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Ces hydrosystèmes karstiques représentent une proportion importante des eaux souterraines alimentant la population en France, mais aussi sur tout le pourtour méditerranéen. Ils jouent un rôle aussi important dans les crues dites cévenoles (ou existantes sur le pourtour méditéranéen), notamment sur leur gestion. Ces hydrosystèmes ont également pour caractéristique de présenter des interactions importantes entre eaux de surface et eaux souterraines : que ce soit des pertes actives localisées dans des rivières, qui alimentent directement l’aquifère karstique associé, ou des sources karstiques majeures à l’origine de rivières ou de fleuve.                                       Une présentation de ces hydrosystèmes et de leur fonctionnement, de leur méthode d’étude, sera réalisée au sein de cette UE.                L’aspect « Interaction Eau de surface – Eau souterraine » sera particulièrement traité dans cette UE, à travers l’étude :

• Traçages artificiels : Techniques, Méthodes de réalisation (théorique et pratique), Méthode d’analyses et d’interprétation. Le traçage artificiel
• Traitement du signal et modélisation pluie - débit, en particulier des débit des sources karstiques qui sont à l’origine de rivières ou de fleuve.

Ces enseignements auront lieu sous forme de cours théoriques, mais aussi de TP avec le traitement des données de traçages artificiels ou le traitement du signal des débits de sources. Une sortie de terrain à la journée permettra des réaliser diverses expérimentations sur un hydrosystème karstique, en particulier un traçage artificiel.

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Le but de cette UE est

1) de donner aux étudiants un aperçu de l’intérêt et de la puissance des outils géochimiques isotopiques et de datation pour la compréhension du fonctionnement des hydrosystèmes/aquifères,

2) de les amener à maitriser le contexte dans lequel ces outils peuvent être appliqués 

3) de donner les connaissances nécessaires pour comprendre et approfondir ces techniques.

Cette UE se base sur des connaissances théoriques (CM) et des études de cas concrets (TD/TP).

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Cette UE permet aux étudiants de mener un projet d’ingénierie dans son intégralité, sous la forme d'une étude interdisciplinaire d'ingénierie relative aux impacts environnementaux ou sanitaires, à la modélisation hydrologique, hydraulique, hydrogéologique, à la gestion des risques ...

Cette UE de 5 ECTS se décompose en 2 UE : une UE de 2 ECTS au S3 (Projet interdisciplinaire 1 Eau Ressource), suivie d’une UE de 3 ECTS au S4 (Projet interdisciplinaire 2 Eau Ressource). Ces 2 UE sont indissociables, la deuxième étant la finalisation de la première.

Lors de  l’UE  Projet interdisciplinaire 1 Eau Ressource, les étapes seront :

1. Présentation des cas d'études par des enseignants-chercheurs, des chercheurs ou des professionnels d'ingénierie (problématique, terrain, données disponibles et à recueillir, acteurs, appel d'offre...) sur des thématiques liées à la gestion des ressources en eau, aux risques (inondation, sécheresse, contamination) ou plus largement aux impacts environnementaux. (fin septembre)
2. Phase de gestation du projet (constitution des groupes de projet et définition de la méthodologie de résolution) en lien avec l’UE « Gestion de projet 2»
3. Recueil des données, analyse du contexte, prise de contacts, recherche bibliographique
4. Soutenance d'avant-projet (mi novembre)
5. Démarrage de l’étude (acquisition de donnée, planification des journées terrain, prise en main de logiciels spécifiques, ...)

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Cette UE consiste en la réalisation d’un travail personnel devant aboutir à une synthèse bibliographique. La thématique abordée sera en lien avec la problématique du stage de recherche qui sera réalisé au S4 mais pourra éventuellement comporter des thématiques scientifiques connexes.

Ce travail de synthèse sera présenté sous forme d’un rapport qui devra être en adéquation avec le formalisme demandé pour la rédaction d’ouvrages et articles scientifiques. Le document servira de base bibliographique au rapport de stage de recherche. L'exercice de mise en application demandé dans le cadre de l'UE « Ecriture scientifique » sera un préalable pour initier le travail de synthèse bibliographique, via la problématisation du sujet de votre synthèse, de l'élaboration de mots clés, etc...)

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Dans le cadre de cette UE, seront mis en pratique la planification du projet et l’estimation du temps de travail par tâche, la matrice FFOM/ l’exercice du sabotage, la gestion des risques, l’organisation et l’animation de réunions et la présentation du projet à l’oral. D’autres éléments de la gestion de projet pourront être abordés au cas par cas comme la gestion financière, le rôle du chef de projet, le relationnel avec les partenaires, l’utilisation d’outils tel que la to do liste, le Kanban, le calendrier partagé, etc.

Dans la continuité de l’UE Gestion de Projet du Master 1, l’UE Gestion de Projet du Master 2 a pour vocation de vérifier l’assimilation des compétences acquises l’année précédente et d’aller plus loin en s’appuyant sur un projet plus long (quelques semaines à quelques mois), individuel ou en groupe, projet d’étude ou projet personnel.

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Tout futur diplômé de Master, en profil « Pro » comme en profil « Recherche » doit maitriser les outils et les codes d’une communication écrite scientifique efficace. Améliorer ses capacités de  rédaction scientifique est indispensable pour valoriser son travail et le communiquer à ses pairs, ses collègues, ses clients…

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Le module s'articule selon 3 séquences :                                            

(1) Variabilité et changement climatique : définitions, principes, effet de serre, simulations climatiques, désagrégation, scénarios et impacts ;                                                                                            

(2) Modélisation hydrologique: structures et représentations numériques, données d’entrée et de contrôle, variables d’état, calage des paramètres, fonctions objectif et méthodes d’optimisation, analyse des paramètres et équifinalité, robustesse et transférabilité, sensibilité aux forçages climatiques ;                                                

(3) Travaux dirigés de modélisation hydrologique : préparer des données, caler des modèles, simuler des débits, produire des sorties graphiques pour analyser les simulations, simuler l’impact du changement climatique sur les écoulements.

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L’enjeu support de l’EIT est celui de la durabilité des ressources en eau liée à l’évolution des usages dans un contexte climatique Nord ou Sud soumis aux changements climatique et d’usages marqués, notamment agricoles.

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L’objectif de cette UE transversale est d’offrir la possibilité aux étudiants de plusieurs parcours qui le souhaitent d’organiser un projet évènementiel sur un thème d’actualité relatif à l’eau, en lien avec leurs engagements, avec leur projet professionnel, avec les enjeux de société, avec les enjeux de transitions et de changements globaux….

Le projet est conduit par les étudiants, de sa définition à sa mise en œuvre lors de l'événement, avec le soutien ponctuel des équipes pédagogiques aux étapes clé du projet.

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L'objectif de cette UE mutualisée avec le mastère spécialisé post-master “Gestion de l’eau” d’AgroParisTech est d’apporter aux étudiants avec un profil développement des repères sur les enjeux, l’organisation des projets de développement sur le thème de l’eau (eau potable, assainissement, eau agricole).

Cette UE alterne témoignages, retour d’expériences d’experts et acteurs professionnels du développement sur les questions d’eau et des témoignages d’apprenants (Mastère spécialisés Gestion de l’eau) ou étudiants ayant déjà une expérience à l'international dans le domaine de l’eau ou de l’agriculture.

Cette UE est ouverte en option pour les étudiants du master sciences de l'eau selon un numerus clausus d’étudiants.

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On aborde souvent les ressources en eau et leur gestion au travers de connaissances et de principes établis dans des pays développés de la zone tempérée. Or les pays du Sud, à commencer par la Méditerranée et l'Afrique, nous offrent une extrême diversité de situations sociales et environnementales qui nous obligent à modifier sensiblement nos points de vue et à interroger le bien-fondé de certaines approches trop extérieures à la réalité du terrain.

Des chercheurs travaillant essentiellement dans les pays du Sud partent de leurs expériences concrètes pour réfléchir sur la spécificité des processus hydrologiques et géochimiques des régions tropicales très sèches ou très humides, les conséquences de l'anthropisation et les enjeux d'une gestion si possible durable des ressources en eau.

Un temps important est réservé à l'analyse critique d'articles scientifiques traitant des ressources en eau et de leur gestion au Sud.

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Cette UE a pour objectif de présenter les impacts actuels et futurs sur tous les secteurs associés au domaine de l’Eau.

Quelle évolution sur tous les extrêmes climatiques tel que les sécheresses ou les crues, et sur les régions impactées par ses extrêmes ? Comment cela impacte les ressources en eau souterraine et de surface ; sur les surfaces agricoles et les méthodes d’irrigation ?

Quelle évolution sur la montée des eaux marines et sur les côtes littorales ? Comment cela impacte le mouvement des populations actuels et futurs, quelle solution à proposer sur la gestion du littoral …?

A travers diverses conférences réalisées par des spécialistes de différents domaines, et touchant tous les parcours du Master Eau, cette UE permettra de présenter les dernières avancées sur ce sujet.

A travers des séances de TD et TP, les étudiants seront amenés à travailler en groupe sur une thématique en particulier (ceci à travers un exemple) associant Changement Climatique avec un domaine de l’Eau, pour présenter de façon synthétique ce sujet. Ce travail sera présenté sous forme de mini-séminaire, et fera l’objet de l’évaluation de cette UE.

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Cette UE permet aux étudiants de mener un projet d’ingénierie dans son intégralité, sous la forme d'une étude interdisciplinaire d'ingénierie relative aux impacts environnementaux ou sanitaires, à la modélisation hydrologique, hydraulique, hydrogéologique, à la gestion des risques ...

Cette UE de 5 ECTS se décompose en 2 UE : une UE de 2 ECTS au S3 (Projet interdisciplinaire 1 Eau Ressource), suivie d’une UE de 3 ECTS au S4 (Projet interdisciplinaire 2 Eau Ressource). Ces 2 UE sont indissociables, la deuxième étant la finalisation de la première.

Lors de  l’UE  Projet interdisciplinaire 2 Eau Ressource, les étapes seront :

1. Poursuite de l'étude (sous forme de séances de travail non présentiel ou encadré par les professionnels et les EC, sorties de terrain si nécessaires).
2. Phase de restitution de l’étude (Rapport technique portant sur les activités mises en œuvre et les résultats obtenus sur le terrain) et soutenance orale devant jury (mi février).

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Cette UE s’inscrit dans la continuité de l’UE Projet Bibliographique et constitue la phase préparatoire au stage de recherche qui sera mené en laboratoire. Elle vise à définir la problématique sur la base d'un état de l'art scientifique s’appuyant sur la synthèse bibliographique réalisée dans l’UE Projet Bibliographique.

L’étudiant aura ainsi à définir, en interaction avec son tuteur de stage, la problématique, l’état de l’art initial de la question à explorer. Il devra également préciser la méthodologie de travail qui sera mise en place lors du stage "recherche" ainsi que le calendrier prévisionnel.

Ce travail fera l’objet d’une présentation orale devant un jury constitué d’un examinateur extérieur, du tuteur de stage et de l’un des responsables du parcours.

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Ce stage concerne les étudiants inscrits dans le profil « Professionnel » du Master Eau-Ressource. Il correspond à la seconde expérience des étudiants en milieu professionnel et constitue une phase majeure pour leur insertion future. Le contenu du module dépend de la structure d’accueil choisie par l’étudiant, qui peut être une entreprise, une association, une ONG, un organisme public ou international dans les secteurs de l’Eau et de l’Environnement.
Il est attendu une phase de formalisation d’une problématique s’appuyant sur un état de l’art rigoureux, une phase de mise en place d’une démarche, ainsi qu’une phase de réalisation et d’analyse de résultats.
L’ensemble est à restituer selon des modalités définies entre la structure d’accueil et le référent pédagogique. Un mémoire est demandé pour l’évaluation académique. Ce mémoire peut être complété par des livrables demandés par la structure d’accueil, intégrés ou non au mémoire.
La confidentialité des évaluations (écrite et orale) est possible.

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Ce stage concerne les étudiants inscrits dans le profil « Recherche » du Master Eau-Ressource. Il correspond à la première véritable expérience de durée importante des étudiants dans le domaine de la recherche, en étant insérés dans une équipe et un laboratoire de recherche, et constitue par conséquent une étape essentielle pour leur orientation future.

Il est attendu une phase de formalisation d’une problématique s’appuyant sur un état de l’art rigoureux, une phase de mise en place d’une démarche, ainsi qu’une phase de réalisation et d’analyse de résultats.
L’ensemble est à restituer selon des modalités définies entre la structure d’accueil et le référent pédagogique. Un mémoire est demandé pour l’évaluation académique.
Les sujets de stages sont variés et concernent des problématiques diverses dans les secteurs de l’Eau et de l’Environnement, compte tenu de la diversité des thématiques abordées dans la formation et par les équipes de recherche impliqués dans l’encadrement et l’évaluation des stagiaires

La confidentialité des évaluations (écrite et orale) est possible.

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