« modélisation du cycle du carbone et impact climatique » Équipe de recherche inrp de...
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« Modélisation du cycle du carbone et impact climatique »
Équipe de recherche INRP
De l’académie d’Orléans-Tours
ERTé ACCES
Jacques Barrère et Thierry Lhuillier
Formation TICE des IA-IPR de SVT : 20 et 21 septembre 2006
La place du thème dans l’enseignement des SVT
• Le thème « modélisation du cycle du carbone » trouve sa place dans l’enseignement des SVT:– En classe de seconde : Cycle du dioxyde de carbone ...
Couplage lithosphère, hydrosphère, atmosphère et biosphère. Influence de l’Homme. Action sur la température. Évolution historique de la composition de l’atmosphère terrestre.
• Notions de respiration, de fermentation et de photosynthèse.
– En classe de TS enseignement de spécialité : Du passé géologique à l’évolution future de la planète. Les climats passés et les climats du futur.
Un problème d’actualité:L’Homme est-il responsable de l’augmentation des GES constatée actuellement?
Une démarche s’appuyant sur la modélisation: Le modèle comme outil de
Simplification
Compréhension,
D’anticipation.
La construction d’un modèle
Un fait d’actualité, le climat de la Terre changeInterface d’interrogation des banques de données
•Le GIEC estime que la température moyenne globale de la Terre a augmenté de 0,3 à 0,6 °C au cours du dernier siècle.•Le CO2 est responsable d’environ 65 % de l’effet de serre. •Il existe une corrélation entre l’augmentation du CO2 et l’augmentation de la température (Barrette, 2002).
La chronologie de cette augmentation pourrait être compatible avec la chronologie de l’utilisation des combustibles fossiles…
Un calcul précède la construction du modèle
2- 2- Construction du modèle
Moyenne annuelle du CO2 à Mauna-Loa
• En 1991 : 355,7 ppmv
• En 2001 : 370,9 ppmv
Quantité de Carbone dans l’atmosphère
• En 1991 : 778 Gt de C
•En 2001 : 811
3- Modèle final3- Modèle final
Peut-on estimer l’impact de la combustion des carburants fossiles sur la composition de l’atmosphère entre 1991 et 2001?
1- Feuille de calcul (correction)
au lieu de 842 Gt de C
Un modèle simple à un compartiment fermé Peut-on estimer l’impact de la combustion des carburants
fossiles sur la composition de l’atmosphère depuis 1780?
Voir le modèle à un compartiment sur 220 ansVoir le modèle à un compartiment sur 220 ans
Deux conclusions s ’imposent : L’apport de Carbone lié à la combustion des carburants fossiles n’est pas négligeable
–64 Gt entre 1991 et 2001
–283 Gt de C depuis 1780 pour un réservoir de 600 Gt.
Du CO2 disparaît de l’atmosphère –Sur les 64 Gt de C d’origine anthropique émis entre 1991 et 2001, il n’en reste plus que 33Gt–Il existe des phénomènes d ’atténuation dont il importe d ’évaluer l ’importance .
La biosphère végétale avec la photosynthèse pourrait être impliquée dans ce phénomène d’atténuation
Les océans pourraient aussi être impliqués dans la séquestration du carbone.
Deux hypothèses proposées
Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges AtmosphèreBiosphère?
Les banques de données internationales du réseau WDCGG
Fichier
Les informations acquises au laboratoire (expérimentation) ainsi que celles fournies par les banques de données (FLUXNET ou kmz) sont utilisées lors de la construction du modèle…
La biosphère a-t-elle pu séquestrer une
partie du carbone anthropique?
Le modèle à 2 compartiments
La biosphère a-t-elle joué le rôle d’un puits
de carbone depuis 1780?
Voir le modèle à 3 compartiments : atmosphère-biosphère-solsVoir le modèle à 3 compartiments : atmosphère-biosphère-sols
Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges AtmosphèreHydrosphère?
Les informations acquises au laboratoire (expérimentation) ainsi que celles fournies par les banques de données (Site de l’université de Colombia) sont utilisées lors de la construction du modèle…
L’hydrosphère a-t-elle joué le rôle d’un puits
de carbone depuis 1780?
Modèle à 3 compartiments : atmosphère-océan superficiel- océan profondModèle à 3 compartiments : atmosphère-océan superficiel- océan profond
Le cycle du carbone complet et la résolution du problème posé…
Où est passé le CO2 d’origine anthropique? Quelle est la responsabilité de l’Homme dans le réchauffement climatique?
Modèle complet à 5 Modèle complet à 5 compartimentscompartiments
Bilan de la modélisationBilan de la modélisation
Pour conclure •L’apport de Carbone lié à la combustion des carburants fossiles n’est pas négligeable 283 Gt de C depuis 1780 pour un réservoir de 600 Gt. L’élévation de la teneur en CO2 d’origine anthropique est bien impliquée dans le réchauffement climatique actuel.
•Deux phénomènes sont venus atténuer ces effets anthropiques:– Du CO2 a été séquestré dans la biosphère : effet de fertilisation carbonée.
– Du CO2 s’est dissous dans les océans froids.
•Pour le futur si les émissions de CO2 se poursuivent, comment se comporteront la biosphère et l’hydrosphère ?
- Cycle du carbone et climats du futur•Modèle exploitant les prévisions du GIECModèle exploitant les prévisions du GIEC•Modèles Java Climat ModelModèles Java Climat Model
En ligneEn ligneEn localEn local
Les enjeux de la modélisation numérique du
point de vue des apprentissages.1. En construisant pas à pas son modèle, l’élève
– Fait des observations,– Consulte les données des chercheurs (BDD), – Fait des mesures (EXAO) A chaque étape:– Il formule des hypothèses qu’il teste, – Il valide son modèle en comparant les valeurs modélisées aux valeurs
mesurées.En modélisant, l’élève – Simplifie le réel grâce à la visualisation des entités, de leurs propriétés et de
leurs relations. – Conforte son raisonnement : la modélisation favorise la transition du
raisonnement sur les objets au raisonnement sur les concepts abstraits.
2. En jouant avec son modèle, l’élève est invité à :– Noter ses prédictions et ses interprétations, – Rechercher des mesures d’atténuation et à les tester : il prend ainsi conscience
de ses actions.
Discussion
Consulter le dossier sur le site ACCES