Utiliser un mod

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• Utiliser un modèle en mode simulation pour tester
  des hypothèses
• Thème d'étude L'évolution du climat du Silurien
  au Permo-Carbonifère.

Les équations qui régissent le fonctionnement du
modèle étant complexes, il ne semble pas
envisageable davoir avec les élèves une démarche
de construction du modèle mais plutôt une
utilisation en mode simulation. Cet outil peut
sinsérer dans une démarche scientifique et
permet de répondre (avec les réserves que cela
implique) à une problématique.
Projet INRP - ERTé - ACCES - Equipe
dOrléans-Tours.
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Les réactions qui régissent le cycle du carbone à
long terme.

• Dissolution des carbonates
• CaCO3 H2O CO2 lt--gt Ca2 2HCO3- (1 du
  minéral, lautre de latmosphère)
• Précipitation des carbonates
• Ca2 2HCO3- lt--gt CO2 H20 CaCO3
• Bilan nul Réactions équilibrées à léchelle du
  millier ou million dannées.

• Altération des silicates calciques
• CaAl2Si2O8 3H2O 2CO2 ? Ca2 Kaolinite
  2HCO3-
• Acheminés par leau douce vers locéan, un des
  deux CO2 prélevés participe à la formation dun
  CaCO3, lautre est restitué à latmosphère.
• Bilan 1 CO2 prélevé à latmosphère.
• Les variations aux grandes échelles de temps ne
  sont liées quaux variations de laltération
  continentale.

3
Le métamorphisme et le volcanisme permettent un
retour dans latmosphère du CO2 stocké dans les
carbonatesCaCO3 SiO2 ? CaSi03 CO2
Retour vers latmosphère par lintermédiaire du
volcanisme des zones de subduction

• Pour la matière organique
• CH2O O2 CO2
  H2O

Géorespiration (après enfouissement et remontée
en surface)
Enfouissement de M.O (formation du pétrole, du
charbon, du gaz )
4
Comprendre linfluence de la biosphère sur le
climat de la fin du primaire en utilisant un
modèle du cycle du carbone à long terme.
Réservoir superficiel
Réservoirs lithosphériques
Modèle adapté de Geocarb II, Berner
5
Tester des hypothèses sur le refroidissement du
climat à la fin du primaire.
Le modèle Adapté de Géocarb II, modèle du cycle
du carbone à long terme sur 600 Ma. Problème
Comment expliquer les variations climatiques de
la fin du primaire ? Démarche Utiliser les
supports classiques de la géologie (documents,
roches, vidéos,cartes) pour faire constater le
refroidissement et faire émerger les trois
hypothèses pouvant expliquer ce refroidissement

Lien entre refroidissement et enfouissement de la
matière organique au carbonifère ?
Lien entre refroidissement et évolution des
végétaux, notamment lapparition de racines ?
Lien entre refroidissement et surrection de la
chaîne hercynienne ? (utilisation de mesurim et
calculs)
Ensuite le modèle est utilisé en mode
simulation suite à ce travail préliminaire pour
tester la validité de telles hypothèses et pour
les hiérachiser les unes par rapport aux autres.
Lélève agit sur les paramètres du
modèle. Intérêt de la simulation conclure
quant à la pertinence et limportance relative
des hypothèses testées. Lélève répond au
problème posé.
6
Utiliser le modèle
Zone étudiée
Résultats du scénario de référence basée sur les
données géologiques.
Données de terrain
Modèle du chercheur
7
Une méthode de validation du modèle par les
données de terrain Indice stomatique et pCO2
Mesurer indirectement la quantité de CO2
atmosphérique passée (daprès Royer et al.).
Etalonnage sous atmosphère contrôlée en CO2.
Feuille de Ginkgo fossile
Résultats obtenus pour le Paléocène et lEocène
Travaux élèves Mesurer indirectement la
quantité de CO2 atmosphérique actuelle.
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Hypothèse 1 Lenfouissement de la matière
organique
Un paysage au carbonifère.
Linventaire des dépôts de charbons et de
pétroles au cours des temps géologiques a permis
destimer la quantité de m.o enfouie et
construire la courbe ci-dessous utilisée dans le
modèle.
Données géologiques obtenues à partir
déchantillonnage de terrain.
Simulation un enfouissement constant au cours
des temps géologiques.
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Hypothèse 2 Lapparition des végétaux
vasculaires avec leur appareil racinaire.
Évolution de la taille des racines au Dévonien.
Les racines augmentent la surface dattaque des
roches par leau.
1 Apparition des végétaux vasculaires possédant
des racines a partir de Silurien terminal jusqu'a
l'extension maximale des Gymnospermes en 2 2
Les Gymnospermes vont dominer le monde jusqu'en
3 3 Apparition des Angiospermes avec qui
l'altération continentale s'accélère.
1
Simulation lapparition des végétaux
vasculaires est retardée.
fe est un coefficient multiplicateur qui agit
dans le modèle sur laltération des silicates.
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Hypothèse 3 La surrection de la chaîne
hercynienne.
En marron, le relief
Carbonifère supérieur
Silurien inférieur
Utilisation de Mesurim pour déterminer la surface
occupée par la chaîne hercynienne et calculs de
la quantité de CO2 consommé.
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Résultats des simulations
Hypothèse 1 (enfouissement de la M.O)
Simulation enfouissement de M.O constant
Hypothèse 2 (apparition des végétaux vasculaires)
Simulation lapparition des végétaux
vasculaires est retardée de 100 Ma.
Hypothèse 3 (surrection de la chaîne hercynienne)
Résultats du calcul / Utilisation de Mesurim