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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 seconde Cycle du dioxyde de
  carbone ... Couplage lithosphère, hydrosphère,
  atmosphère et biosphère. Influence de lHomme.
  Action sur la température. Évolution historique
  de la composition de latmosphère terrestre.
• Notions de respiration, de fermentation et de
  photosynthèse.
• 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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La construction dun modèle

• Un problème dactualité
• LHomme est-il responsable de laugmentation des
  GES constatée actuellement?
• Une démarche sappuyant sur la modélisation
• Le modèle comme outil de
• Simplification
• Compréhension,
• Danticipation.

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Un fait dactualité, le climat de la Terre
changeInterface dinterrogation 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 CO2 est responsable denviron 65 de leffet
  de serre.
• Il existe une corrélation entre laugmentation du
  CO2 et laugmentation de la température
  (Barrette, 2002).

La chronologie de cette augmentation pourrait
être compatible avec la chronologie de
lutilisation des combustibles fossiles
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Un calcul précède la construction du modèle
Peut-on estimer limpact de la combustion des
carburants fossiles sur la composition de
latmosphère entre 1991 et 2001?

• Moyenne annuelle du CO2 à Mauna-Loa
• En 1991 355,7 ppmv
• En 2001 370,9 ppmv
• Quantité de Carbone dans latmosphère
• En 1991 778 Gt de C
• En 2001 811

au lieu de 842 Gt de C
2- Construction du modèle
3- Modèle final
1- Feuille de calcul (correction)
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Un modèle simple à un compartiment fermé
Peut-on estimer limpact de la combustion des
carburants fossiles sur la composition de
latmosphère depuis 1780?

Voir le modèle à un compartiment sur 220 ans
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Deux conclusions s imposent

• Lapport de Carbone lié à la combustion des
  carburants fossiles nest pas négligeable
• 64 Gt entre 1991 et 2001
• 283 Gt de C depuis 1780 pour un réservoir de 600
  Gt.
• Du CO2 disparaît de latmosphère
• Sur les 64 Gt de C dorigine anthropique émis
  entre 1991 et 2001, il nen reste plus que 33Gt
• Il existe des phénomènes d atténuation dont il
  importe d évaluer l importance .

Deux hypothèses proposées
La biosphère végétale avec la photosynthèse
pourrait être impliquée dans ce phénomène
datténuation Les océans pourraient aussi être
impliqués dans la séquestration du carbone.
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Existe-t-il des preuves de lexistence déchanges
Atmosphère?Biosphère?
Les banques de données internationales du réseau
WDCGG
Fichier
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La biosphère a-t-elle pu séquestrer une partie du
carbone anthropique?
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
Le modèle à 2 compartiments
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La biosphère a-t-elle joué le rôle dun puits de
carbone depuis 1780?
Voir le modèle à 3 compartiments
atmosphère-biosphère-sols
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Existe-t-il des preuves de lexistence déchanges
Atmosphère?Hydrosphère?
Les informations acquises au laboratoire
(expérimentation) ainsi que celles fournies par
les banques de données (Site de luniversité de
Colombia) sont utilisées lors de la construction
du modèle
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Lhydrosphère a-t-elle joué le rôle dun puits de
carbone depuis 1780?
Modèle à 3 compartiments atmosphère-océan
superficiel- océan profond
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Le cycle du carbone complet et la résolution du
problème posé
Où est passé le CO2 dorigine anthropique? Quelle
est la responsabilité de lHomme dans le
réchauffement climatique?
Modèle complet à 5 compartiments
Bilan de la modélisation
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Pour conclure

• Lapport de Carbone lié à la combustion des
  carburants fossiles nest pas négligeable 283 Gt
  de C depuis 1780 pour un réservoir de 600 Gt.
  Lélévation de la teneur en CO2 dorigine
  anthropique est bien impliquée dans le
  réchauffement climatique actuel.
• Deux phénomènes sont venus atténuer ces effets
  anthropiques
• Du CO2 a été séquestré dans la biosphère effet
  de fertilisation carbonée.
• Du CO2 sest dissous dans les océans froids.
• Pour le futur si les émissions de CO2 se
  poursuivent, comment se comporteront la biosphère
  et lhydrosphère ?

• - Cycle du carbone et climats du futur
• Modèle exploitant les prévisions du GIEC
• Modèles Java Climat Model
• En ligne
• En local

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Les enjeux de la modélisation numérique du point
de vue des apprentissages.

• En construisant pas à pas son modèle, lélève
• Fait 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.
• Conforte son raisonnement la modélisation
  favorise la transition du raisonnement sur les
  objets au raisonnement sur les concepts
  abstraits.
• En jouant avec son modèle, 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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Discussion

Consulter le dossier sur le site ACCES