Étude de l’influence de la concentration en co2 dans l

1TP n°9.7

Étude de l’influence de la concentration en CO2 dans l’atmosphère sur la température

Le carbone est l’élément majoritaire de la matière organique (glucides, lipides, pro-tides, acides nucléiques). Au sein d’un écosystème, cet élément est continuellement recyclé : capté par les autotrophes sous forme de dioxyde de carbone (CO2) puis incorporé dans leurs molécules organiques, il est ensuite transféré chez les hétéro-trophes via la chaîne alimentaire. L’excrétion et les échanges gazeux respiratoires permettent son retour à l’état minéral. Jusqu’à l’avènement de la société industrielle, le CO2 rejeté compensait exactement la quantité de CO2 atmosphérique absorbée par la photosynthèse. Depuis, on assiste à un enrichissement de l’atmosphère en CO2 (environ 3 gigatonnes excédentaires par an). Ces éléments qui échappent à leur cycle habituel engendrent des conséquences en cascade. Dans le cadre des gaz à effet de serre, diverses études ont montré un lien étroit entre leur émission et l’augmentation de la température. Dans ce TP, nous expérimenterons comment le rejet d’un gaz à effet de serre, le CO2, contribue significativement au réchauffement climatique.

Objectifs– Étudier l’influence de la teneur en CO2 atmosphérique sur la température.– Réaliser un modèle analogique de l’effet de serre.

TypeModèle analogique

DuréeMise en place et prise de mesures : 1 heure 10 minutesTemps d’analyse : 45 minutes

OrganisationEn binôme ou trinôme

Période propice à la manipulationToute l’année

Document disponible sur le site compagnonTableur « Influence du CO2 sur le réchauffement climatique »

© Educagri éditions, 2015

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Section 9 • Cycle de la matière dans les écosystèmes

Matériel

. 3 papiers noirs (capables d’absorber l’énergie lumineuse et d’en réémettre une partie sous forme de rayonnement infrarouge, mimant ainsi le rôle de la surface terrestre)

. 3 lampes avec ampoules identiques (source d’énergie lumineuse)

. 3 thermomètres identiques

. 2 flacons en verre identiques (le verre laisse passer le rayonnement lumineux inci-dent mais retient le rayonnement infrarouge réémis par le sol, mimant ainsi le rôle des gaz à effet de serre)

. 2 bouchons troués adaptables sur les flacons

. du CO2 en bombe permettant d’enrichir l’atmosphère en gaz à effet de serre

Protocole

1/ Réaliser les trois montages suivants (laisser les lampes éteintes pour l’instant).

Montage 1 – Témoin (cf. figure 1)a/ Placer un papier noir sur la paillasse.b/ Glisser le thermomètre en dessous de ce papier.c/ Placer la lampe à 15 cm au-dessus du papier.

Figure 1 : Protocole expérimental du montage 1

lampe

papier cartonné noir

thermomètre

sonde


TP n° 9.7 - Étude de l’influence de la concentration en CO2 dans l’atmosphère sur la température 3

Montage 2 – Rôle des gaz à effet de serre (cf. figure 2)a/ Placer un papier noir enroulé au sein d’un flacon en verre.b/ Placer le bouchon troué sur le flacon.c/ Insérer le thermomètre dans ce bouchon afin qu’il se retrouve entouré du papier noir.d/ Placer la lampe à 15 cm du flacon.

Figure 2 : Protocole expérimental du montage 2

Montage 3 – Effet d’une augmentation du CO2 sur l’effet de serre1/ Refaire le montage 2 mais avant de boucher le flacon, enrichir l’air intérieur en

CO2 avec la bombe à CO2.2/ Au temps t = 0, allumer les thermomètres et les lampes de chaque montage.3/ Noter rapidement la température t0 pour chaque montage.

sonde

lampe

thermomètreélectronique

papier noir enroulédans le flacon

flacon


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4/ Noter la valeur de la température atteinte pour chaque montage toutes les 10 minutes pendant au moins 60 minutes.

5/ Compléter le tableau 1.

Tableau 1 : Évolution de la température au cours du temps selon les conditions

Temps (min)

Température (°C) montage 1

(papier noir)


(papier noir + flacon)

Température (°C) montage 3 (papier noir + flacon + CO2)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Exploitation des données

➀ Réaliser un seul graphique montrant l’évolution de la température au cours du temps dans chaque montage expérimental (si la température de départ est diffé-rente dans les trois montages, mieux vaut calculer l’élévation de température qui s’opère toutes les 10 minutes).

☛ Télécharger le tableur « Influence du CO2 sur le réchauffement climatique » (feuille « Tableau vierge ») sur le site compagnon : http://editions.educagri.fr/sitecompagnon

Clé d’accès : 2015ST1508

WebSite compagnon



➁ Analyser le graphique.

➂ En déduire l’influence de la présence des gaz à effet de serre et de la teneur en CO2 sur l’élévation de la température.

Exemple de résultats

Tableau 2 : Températures relevées dans les différents montages

Temps (min)


(papier noir)


(papier noir + flacon)

Température (°C) montage 3 (papier noir + flacon + CO2)

0 20,6 21,0 21,1

10 24,4 26,3 27,1

20 24,8 28,4 29,5

30 25,1 29,2 30,6

40 25,3 29,6 31,4

50 25,9 30,3 32,1

60 26,9 31,6 33,3

70 26,7 32,1 34,0

80 27,8 32,5 34,5

90 28,0 32,9 35,0

100 28,1 33,1 35,2

110 28,8 33,7 35,8

☛ Télécharger le tableur « Influence du CO2 sur le réchauffement climatique » (feuille « Exemple de résultats »)

WebSite compagnon


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Figure 3 : Élévation des températures obtenue dans chaque montage

Pour chaque montage, on constate une augmentation rapide de la température au début de l’expérience puis une augmentation plus progressive.

En outre, l’élévation de la température est plus importante en présence d’un flacon (montage 2) : la présence de gaz à effet de serre, modélisée par ce flacon transpa-rent, a donc une influence sur la température. Ainsi, les gaz à effet de serre laissent passer les rayons incidents de la lumière visible mais sont opaques aux rayons in-frarouges réémis par le sol. Les infrarouges ainsi piégés sont responsables d’une augmentation de la température. Enfin, l’élévation de la température est d’autant plus forte que la teneur en CO2, un des gaz à effet de serre, est plus importante (montage 3). L’augmentation actuelle de la teneur en CO2 atmosphérique est donc en grande partie responsable du réchauffement climatique planétaire.

Pour aller plus loin

On peut aussi tester l’effet de la couleur du sol (noire ou blanche) sur l’élévation de la température : plus un sol est foncé, plus la température est élevée. Ce phéno-mène s’explique par une plus grande absorption de l’énergie lumineuse visible par les sols sombres.

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12

16

10

8

6

4

2

0

élévation de la température

(°C)

200 30 50 70 90 11010 40 60 80 100

montage 3(papier noir + flacon + CO2)

montage 1(papier noir)

montage 2(papier noir + flacon)

temps (min)



Sitographie

http://cycleducarbone.ipsl.jussieu.fr/index.php/enseignants/ressources/29-pour-de-buter-un-modele-experimental (Présentation d’une activité : réalisation d’un mo-dèle expérimental pour comprendre les phénomènes impliqués dans la régulation de la température à la surface de la terre, université de Jussieu)

http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/paleo/systemclim/effet-de-serre/quest-ce-que-leffet-de-serre (Démarches pour mettre en évidence l’effet de serre et le rôle du dioxyde de carbone comme gaz à effet de serre, ENS Lyon)


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