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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.

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1 « 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

2 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.

3 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

4 Un fait d’actualité, le climat de la Terre change Interface d’interrogation des banques de données Interface 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 CO 2 est responsable d’environ 65 % de l’effet de serre. Il existe une corrélation entre l’augmentation du CO 2 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…

5 Un calcul précède la construction du modèle 2- Construction du modèle Construction du modèleConstruction du modèle Moyenne annuelle du CO 2 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 : Modèle final Modèle finalModèle final Peut-on estimer l’impact de la combustion des carburants fossiles sur la composition de l’atmosphère entre 1991 et 2001? Feuille de calculcorrection Feuille de calculcorrection 1- Feuille de calcul (correction)Feuille de calcul correction au lieu de 842 Gt de C

6 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 ans Voir le modèle à un compartiment sur 220 ans

7 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 CO 2 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

8 Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges Atmosphère  Biosphère? Les banques de données internationales du réseau WDCGGWDCGG Fichier

9 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…FLUXNETkmz La biosphère a-t-elle pu séquestrer une partie du carbone anthropique? Le modèle à 2 compartiments

10 La biosphère a-t-elle joué le rôle d’un puits de carbone depuis 1780? Voir le modèle à 3 compartiments : atmosphère-biosphère-sols Voir le modèle à 3 compartiments : atmosphère-biosphère-sols

11 Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges Atmosphère  Hydrosphère? 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…Site de l’université de Colombia

12 L’hydrosphère a-t-elle joué le rôle d’un puits de carbone depuis 1780? Modèle à 3 compartiments : atmosphère-océan superficiel- océan profond Modèle à 3 compartiments : atmosphère-océan superficiel- océan profond

13 Le cycle du carbone complet et la résolution du problème posé… Où est passé le CO 2 d’origine anthropique? Quelle est la responsabilité de l’Homme dans le réchauffement climatique? Modèle complet à 5 compartiments Modèle complet à 5 compartiments Bilan de la modélisation Bilan de la modélisation

14 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 CO 2 d’origine anthropique est bien impliquée dans le réchauffement climatique actuel. Deux phénomènes sont venus atténuer ces effets anthropiques: – Du CO 2 a été séquestré dans la biosphère : effet de fertilisation carbonée. – Du CO 2 s’est dissous dans les océans froids. Pour le futur si les émissions de CO 2 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 GIECModèle exploitant les prévisions du GIECModèle exploitant les prévisions du GIEC Modèles Java Climat ModelModèles Java Climat Model En ligne En ligne En local En local

15 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.

16 Discussion Consulter le dossier sur le site ACCES


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