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 Modélisation du cycle du carbone et impact
climatique 
Formation TICE des IA-IPR de SVT 20 et 21
septembre 2006

• Équipe de recherche INRP
• De lacadémie dOrléans-Tours
• ERTé ACCES
• Jacques Barrère et Thierry Lhuillier

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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.

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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.

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Du cycle court au cycle long
Modèle à court terme de 1780 à l'actuel (et
XXIème siècle) Modèle à long terme 600Ma
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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".
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Le volcanisme est une source importante de CO2

• 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 (correction)
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Limpact du volcanisme dans le cycle du carbone

• Problématique
• Le volcanisme est-il une source importante de CO2
  ?

Modèle à 1 compartiment
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Le modèle du chercheur pour résoudre un problème
Problème Quel peut-être limpact de
l'expansion océanique sur le climat.
Adaptation du modèle de Dave Bice Carleton
College, Minnesota
Modèle à 2 compartiments
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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
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Aller plus loin avec le modèle adapté de BERNER
Réservoir superficiel
5 flux
Réservoirs lithosphériques
Cycle long 600Ma
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Le modèle de Berner

• L'ambition du modèle n'est pas de "prédire" le
  CO2 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.

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Modélisation et activité de lélève

• 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.
• 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.

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Annexe 1Vensim, 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
• Vensim en version de base et en anglais est
  actuellement disponible et téléchargeable sur le
  site internet (Téléchargement).

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Annexe 2Les modèles utilisés sont ceux du
chercheur

• Tous les modèles que nous exploitons, sont
  proposés par les chercheurs de 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.
• Les données sont recueillies auprès des BDD
  internationales (interface dinterrogation des
  BDD en climatologie),
• Les scénarios sont ceux qui sont proposés par les
  experts du climat (GIEC).