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« Modélisation du cycle du carbone et impact climatique » Équipe de recherche INRP De lacadémie dOrléans-Tours ERTé ACCES Jacques Barrère et Thierry Lhuillier.

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1 « Modélisation du cycle du carbone et impact climatique » Équipe de recherche INRP De lacadémie dOrléans-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 lenseignement des SVT Le thème « modélisation du cycle du carbone » trouve sa place dans lenseignement des SVT: –En classe de TS enseignement de spécialité : Du passé géologique à lévolution future de la planète. Les climats passés et les climats du futur.

3 Le cadre de cette recherche… Modélisation du cycle du carbone –Le cycle du carbone implique des transferts entre les réservoirs géologiques et biologiques mettant en jeu des concepts géologiques (érosion, sédimentation, magmatisme, …) des concepts biologiques (respiration, fermentation et photosynthèse). Changements climatiques –Létude du cycle du carbone est utilisée pour comprendre lévolution du climat de la planète Son implication dans les changements climatiques à long terme, notamment durant les 550 millions dannées du Phanérozoïque.

4 Du cycle court au cycle long… Modèle à court terme de 1780 à l'actuel (et XXI ème siècle) Modèle à long terme 600Ma

5 Du cycle court au cycle long … Système superficiel Les échanges de carbone entre l'océan, l'atmosphère, la biosphère sur le long terme, sont "à l'équilibre" ce qui permet de les regrouper dans un seul compartiment nommé "Système superficiel".

6 Le volcanisme est une source importante de CO 2 Problème : Quel(s) puits et quel(s) compartiment(s) faut-il ajouter à cette modélisation pour équilibrer le modèle ? Les informations acquises au laboratoire (expérimentation) permettront de résoudre le problème. Estimation de la masse de carbone dans une couche géologique Estimation de la masse de Carbone dans un échantillon de poudre de craie Feuille de calcul Feuille de calcul (correction) correction Feuille de calcul correction

7 Limpact du volcanisme dans le cycle du carbone Problématique : Le volcanisme est-il une source importante de CO 2 ?

8 Le modèle du chercheur pour résoudre un problème Adaptation du modèle de Dave Bice Carleton College, Minnesota Problème : Quel peut-être limpact de l'expansion océanique sur le climat.

9 Complexification du modèle: prise en compte du niveau marin Problème : Quelle est l'influence de la vitesse d'expansion océanique sur le niveau marin ? Modèle à 2 compartiments avec niveau marin

10 … Aller plus loin avec le modèle adapté de BERNER Réservoirs lithosphériques Cycle long 600Ma Cycle long 600Ma 5 flux Réservoir superficiel

11 Le modèle de Berner … L'ambition du modèle n'est pas de "prédire" le CO 2 au cours du passé géologique, mais d'examiner la sensibilité du modèle aux facteurs biologiques et géologiques Utilisation du modèle de référence pour comprendre certains évènements climatiques passés : L'émergence de la chaîne Himalayenne et le cycle du carbone. Limpact des végétaux vasculaires sur le cycle du carbone. Lenfouissement de la MO et son impact sur le climat.

12 Modélisation et activité de lélève 1.En construisant pas à pas son modèle, lélève –faits des observations, –consulte les données des chercheurs (BDD), –fait des mesures (EXAO) A chaque étape: – il formule des hypothèses quil teste, –il valide son modèle en comparant les valeurs modélisées aux valeurs mesurées. En modélisant, lélève simplifie le réel grâce à la visualisation des entités, de leurs propriétés et de leurs relations. La visualisation est cruciale pour les élèves : elle favorise la transition du raisonnement sur les objets au raisonnement sur les concepts abstraits. 2.En mode simulation, lélève est invité à : –noter ses prédictions et ses interprétations, –rechercher des mesures datténuation et à les tester : il prend ainsi conscience de ses actions.

13 Annexe 1 Vensim, un logiciel de modélisation Un outil de modélisation puissant qui offre la possibilité : –De construire des modèles numériques pas à pas et deffectuer des simulations pas à pas, –Dafficher des valeurs mesurées issues des banques de données et de les comparer aux valeurs calculées par le modèle. Un visualiseur performant est proposé gratuitement : –Il permet de lancer des simulations sans modifier les modèles. Une démarche est en cours pour la francisation du logiciel : Téléchargement Téléchargement –Vensim en version de base et en anglais est actuellement disponible et téléchargeable sur le site internet (Téléchargement).Téléchargement

14 Annexe 2 Les modèles utilisés sont ceux du chercheur Tous les modèles que nous exploitons, sont proposés par les chercheurs de luniversité de Carleton :luniversité de Carleton –Des modèles à court terme utilisant les enveloppes atmosphère, biosphère, océan et sols. –Des modèles à long terme utilisant en plus la géosphère. Nous explorons de nouveaux modèles proposés par les chercheurs de luniversité de lOklaoma. luniversité de lOklaoma Les données sont recueillies auprès des BDD internationales ( interface dinterrogation des BDD en climatologie ), interface dinterrogation Les scénarios sont ceux qui sont proposés par les experts du climat (GIEC).


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