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activite3

Avons nous des preuves de l'existence d'échanges entre la biosphère et l'atmosphère? La biosphère joue-t-elle le rôle d'un puits pour le carbone (grâce à la photosynthèse) ou le rôle d'une source de carbone (grâce à la respiration)?

Activité 3 : Rôle de la Biosphère

I- La biosphère peut-elle jouer le rôle de puits ou d'une source vis-à-vis du carbone?

Les activités paillasses... Réalisation d'une expérience visant à mettre en évidence les flux photosynthèse et respiration: Recherche collective d'un protocole visant à mesurer les flux de CO2 échangés entre le végétal (avec ou sans sol) et l'atmosphère - 

Discussion.

Réalisation d'une manipulation :
Géranium en pot enfermé dans un sac plastique transparent, soit uniquement la partie aérienne, soit la plante avec son pot (avec ou sans litière)

Mesurer les échanges gazeux (CO2 en utilisant une sonde IR sur 10 minutes) en changeant les conditions : lumière ou obscurité (5 minutes à la lumière puis 5 minutes à l'obscurité).

Comparer les deux courbes, rechercher une possibilité  de séparer le flux PS du  flux respiration (évaluer l'intensité de la photosynthèse brute, l'intensité de la respiration puis déduire l'intensité de la photosynthèse nette).

 

 Réalisation de manipulation visant à rechercher les lieux de stockage du carbone dans la biosphère.

Recherche des lieux de stockage de la MO : recherche collective de protocoles et discussion.

Pistes possibles (on citera):
Identification de l'amidon dans les chloroplastes, repérage des cernes de croissance du bois , etc.
Estimation du volume de carbone stocké en 1 an dans un tronc, calcul de la masse de carbone.
Estimation de la masse de carbone stockée  sur une parcelle de maïs au cours d'une campagne (voir le dossier ACCES "Ressources" puis "Activités paillasses" puis le stockage dans la biomasse).
Estimation de la masse de carbone stockée au niveau d'un écosystème, d'un continent (voir le dossier ACCES puis "Ressources" puis "Activités paillasses" puis le stockage dans la biomasse).
Notions de puits et de source de carbone.
La biosphère joue-t-elle le rôle d'un puits ou d'une source vis-à-vis du carbone?
Réflexion à conduire autour de la durée de la séquestration du carbone dans une parcelle de maïs, une futaie de chênes, ... une tourbière, ... le cas du charbon ou du pétrole.
Complément d'information sur le dossier ACCES : "Ressources" "Points scientifiques et pédagogiques" "Impact de la biosphère sur le cycle du carbone" "Cycle actuel"

 

 II- La biosphère peut-elle jouer le rôle de puits?

  

La consultation des banques de données et l'approche globale

  

  Au sein de l'écosystème 

 

 Interrogation de la BDD Amériflux (ou à partir du site ACCES sur la "Cycle court" puis "Modélisation" puis "Circulation du carbone entre l'atmosphère et la biosphère" )

Choisir par exemple le premier site (forêt primaire du Brésil).

Choisir Graph of variables times, puis CO2 concentration et une période de 4 j

Copier le graphe (clic droit) et le coller dans la feuille traitement de texte.

Analyser le graphe et conclure.

Demander le même graphe avec le Flux de CO2.

(Attention à la datation anglo-saxonne).

 Définir le sens des flux en fonction des 2 compartiments Atmosphère - Biosphère.

Définir le flux lié à la photosynthèse et le flux lié à la respiration.

Approfondissement si le temps le permet : possibilité de recherches libres (mais rapides)

 

  Pistes de recherches possibles :

exemple 1 : Comparaison d'une forêt équatoriale et d'une forêt boréale..

exemple 2 : Comparaison d'une forêt primaire et d'un agrosystème (même latitude, même saison)

 

Au niveau global

  

Interrogation de la BDD ou WDCGG ( ou à partir du site ACCES sur la modélisation impliquant la biosphère puis bio_etape1.html)

Interroger diverses stations pour tenter de répondre à une problématique.  

 

  • Problème 1 : La proximité de la source de pollution a-t-elle une influence sur les concentrations en CO2 atmosphériques?
  • Problème 2 : Les variations saisonnières peuvent elles être visualisées ?
  • Problème 3 : La proximité d'un continent ou d'un océan  est elle importante?
  •  

       Mettre en commun les résultats de plusieurs types de recherches en remplissant un tableau

    Latitude Variations saisonnières Augmentation annuelle
      en ppmv  en ppmv/an
    90°N    
    Equateur    
    90°S    
     
    Réflexion : La biosphère laisse une empreinte au niveau planétaire. 

  •  L'amplitude des variations saisonnières augmente avec la latitude (quasi nulle à l'équateur) car ...
  • La biosphère joue le rôle d'un puits vis-à-vis du carbone à chaque printemps-été car... le rôle d'une source vis-à-vis du carbone à chaque automne-hiver car ...
  • Les variations saisonnières au Nord sont beaucoup plus importantes qu'au Sud ce qui peut s'expliquer par ...
  • L'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique s'observe partout dans le monde avec la même intensité (environ 1,66 ppmv/an sur la période récente).
     Interprétation sur le cycle du Carbone:
    Les variations saisonnières s'expliquent par les échanges  entre l'atmosphère et les organismes vivants continentaux (plus de continents au Nord) et les variations des paramètres physiques (T°, durée du jours,etc.): 
  • Au printemps et en été, la photosynthèse l'emporte, la concentration atmosphérique en CO2 diminue, globalement la biosphère joue le rôle d'un puits vis-à-vis du carbone,
  • A l'automne et en hiver, la respiration des organismes domine,
  • la concentration atmosphérique en CO2 augmente,

     

     

    Problèmes :
    Globalement, la biosphère joue-t-elle le rôle d'un puits ou d'une source vis-à-vis du carbone? Comment résoudre le problème? ... la modélisation semble le passage obligé!

    L'augmentation pluriannuelle du CO2 atmosphérique semble indépendante des organismes vivants. Cette augmentation pourrait être l'empreinte des émissions anthropiques de carbone. Comment le vérifier? ... là aussi la modélisation semble le passage obligé!

    III- Passage au modèle en mode simulation (on propose d'exploiter un modèle déjà construit)

    Ouvrir le modèle 3compartbio_anthrop_220ans.vmf avec Venread (le visualiseur).

    Présentation  du modèle : il comporte 2 pages...

  • Page1: Etat initial stable .
    Référence à la page cycle court,
  • Page 2 : Impact des émissions anthropiques
  •  

    Découvrir la notion de modèle à partir de la page 1

     

    Notion de modèle :
    Présentation des clés de lecture d'un modèle à compartiments

     

    Sélectionner un élément du modèle puis utiliser le bouton "Doc" pour définir ses caractéristiques; utiliser le bouton "Causes tree" pour découvrir les relations entre les éléments du modèle;
    Repérer les flux et définir les mécanismes  biologiques, préciser sous quelle forme organique ou minérale se trouve le carbone;
    Décrire le cycle du carbone et légender le schéma fourni.
     

    Discussion sur la notion de modèle stable  : hypothèse d'équilibre avant la révolution industrielle, pas d'influence des variations de l'énergie solaire.


    Tester l'impact des apports anthropiques de CO2 sur l'atmosphère.

    Lancer la simulation.
     

    Utiliser le looKup  des "apportsAnthrop" pour faire coïncider les concentrations mesurées et calculées.
    Comparer le flux mesuré le flux imposé.
    Conclure

     IV Bilan.

     
    Les apports anthropiques sont un candidat sérieux.
    L'ensemble "biosphère et sol" joue le rôle de puits et atténue l'impact des émissions anthropiques.
    Le rôle de l'océan n'est pas pris en compte. 

     
    Lien vers l'activité 4.

    Lien vers la page formateur

     

    Équipe INRP de l'académie d'Orléans-Tours.