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Etape1

Au cours de cette étape, l'élève va découvrir que le comportement du carbone peut-être calculé "simplement"... c'est une étape importante avant de passer au modèle numérique : conceptualisation de la notion de modèle à compartiments (un compartiment c'est ici l'atmosphère que l'on caractérise par un volume et une concentration en CO2 et une quantité de carbone en Gt...).

Les émissions anthropiques peuvent-elles expliquer l'augmentation des GES et donc le réchauffement?

Première étape : Quelles sont les quantités de CO2 émises par l'homme?

Travail à effectuer :

  • Analyser le graphique ci-dessous qui représente les émissions de CO2 d'origine anthropique.
  • Comparer les émissions de CO2 à l'évolution de la concentration atmosphérique en CO2.
  • Conclure.

Emissions historiques du CO2

Approfondissement éventuel :

  • consulter la base de données des émissions de CO2 (tp1_carbone.xls )
  • noter les émissions depuis 1900 puis tous les 10 ans.

Deuxième étape: Estimation par le calcul du réservoir Atmosphère entre 1991 et 2001 (volume et quantité de carbone)

On peut connaitre les concentrations en CO2 à ces deux dates 1991 et 2001 en consultant la BDD (CO2, stations mondiales, choisir Mauna Loa qui va nous servir de référence dans tous nos travaux.).

Pour avoir une approximation de la moyenne annuelle des concentrations, prendre la moyenne du mois de juillet.

On vous demande de :

  • Consulter la BDD : à partir de l'interface d'interrogation http://www.inrp.fr/Acces/climat/ choisir le paramètre CO2 puis rechercher.
    • Consulter la BDD WCGG : http://gaw.kishou.go.jp/wdcgg/PlotData.php
    • Choisir la station de référence ici (Mauna Loa au centre du Pacifique)
    • Choisir les valeurs mensuelles de 1974 à 2004
    • Noter la concentration en CO2 en 1991 puis en 2001 (prendre la valeur en février - pour un calcul plus précis il faudra télécharger le fichier, le traiter avec un tableur et calculer les moyennes annuelles).
  • Calculer le volume du réservoir atmosphérique en utilisant la démarche présentée dans le tableau ci-dessous
Concentration en CO2 (p CO2) en ppmv Formule pour calculer la concentration en CO2
Volume de la troposphère (en Km3) Formule pour calculer le volume
Nombre de moles de CO2

   = volume occupé par le CO2/Vol.molaire
= volume occupé par le CO2/22,4 dm3
           = volume occupé par le CO2/(22,4*10-12) Km3

Masse de carbone présente en 1991

=Nombre de moles de CO2*12 (en g)

=Nombre de moles de CO2*12*10-15 (en Gt de C)

  • Estimer la quantité de carbone présent dans l'atmosphère en 1991? en 2001?

Troisième étape : L'utilisation d'un logiciel de modélisation à compartiment

  Il est donc possible d'estimer la concentration en CO2 année après année connaissant la masse de Carbone mais la démarche est longue même en utilisant un  tableur. En fait, on indique aux élèves l'existence d'une autre méthode celle du chercheur qui utilise un logiciel de construction de modèle à compartiments. Quelle est la méthode du chercheur? qu'est-ce qu'un modèle à compartiments?

Lancer l'application Vensim :

  • Ouvrir le modèle à construire (afin de faciliter le travail de modèlisation on propose un fichier où les instructions pour la construction du modèle sont données - nous cherchons une méthode pour rendre l'élève autonome mais il faut bien reconnaître que lors de cette première étape il doit être très dirigé) : modelinitial_1Clookup_PLE.mdl.
  • Suivre les instructions pour la construction du modèle.
    • L'élève devra justifier pas à pas la construction de son modèle notamment expliciter les valeurs, les formules utilisées. La justification s'appiuera sur le travail pérliminaire réalisé avec la feuille de calcul.

Enregistrer votre modèle sous modele_monom (pour une utilisation du modèle initial avec d'autres élèves, le modèle sauvegardé doit changer de nom - pour un suivi du travail de modélisation le modèle final prendra le nom de l'élève)

Lancer la simulation en cliquant sur bouton simulation et noter vos résultats.

    • Voir un exemple de modèle final : modelfinal_1Clookup_PLE.mdl
    • Analyser les résultats :
      • Fournir les clés de lecture du modèle : en bleu les valeurs mesurées sur le Mauna Loa, en rouge les valeurs calculées par le modèle.
      • Comparer les valeurs mesurées (le réel) aux valeurs calculées (le modèle). Il y a une différence que l'on cherchera à expliquer... mais avant tout on montre que le modèle n'est pas le réel (c'est pas si mal pensent souvent les élèves mais on peut améliorer le modèle).
          • Quelle aurait dû être la concentration en CO2 en 2001 d'après le modèle?
          • Quelle est-elle en réalité?
          • Comment expliquez vous la différence? Proposez des hypothèses... (les élèves évoquent soit une sur estimation par les experts des quantités de carbone émises par les activités humaines soit l'existence de fuite ... vers l'espace ou vers la Terrre... c'est très riche). On retient simplement l'idée d'une fuite dont il conviendra de préciser l'origine).
          • Construire un deuxième modèle sur la page 2 qui explicite l'hypothèse d'un compartiment atmosphérique non fermé, qui prend donc en compte l'existence d'un puits.
              • A partir de la première page du modèle, sélectionner le modèle et faire copier,
              • Ouvrir la deuxième page du modèle et faire coller
              • Modifier le modèle de la page 2 en ajoutant un puits (donc un flux... on peut laisser les élèves modifier seuls ce modèle)
              • Utiliser le curseur pour faire varier les fuites et ajuster le modèle aux valeurs mesurées

Compléter votre compte-rendu en schématisant le nouveau modèle. Pour conclure indiquer ce qu'il convient de préciser pour valider ce modèle.


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