Activité 3 : La biosphère peut elle jouer le rôle de puits

Objectifs

 Dans le cadre de cette formation en ligne , il est difficile d'envisager de démonstrations de manipulations paillasses.
Par contre, Il ne faut pas les oublier  pour les intégrer lors d'une démarche effectuée avec les élèves. (pour plus d'informations)

Cette activité tend à actualiser l'étude de la photosynthèse et de la respiration  avec une vision globale. Elle permet aussi de manipuler un modèle en simulation.

Déroulement

I-L'étude des échanges gazeux  au niveau globale par la consultation des banques de données   

 Au sein de l'écosystème 

  Interrogation de la BDD Amériflux

C1 :Choisir par exemple le premier site (forêt primaire du Brésil).

• Choisir Graph of variables times, puis CO₂ concentration et une période de 4 j. Le site étant presque à l'équateur, la saison n'a pas d'importance ici. (Attention à la datation anglo-saxonne)
•  Si la salle le permet, enregistrer le graphe par un clic droit dans un dossier  de manière à pouvoir les comparer soit avec un logiciel de traitement d'images soir en les collant sur une page de traitement de texte. Si vous ne le pouvez pas, vous déplacer dans la salle pour consulter les résultats des autres collègues.
• C 2 :Analyser le graphe et conclure.
• C 3 :Demander le même graphe avec le Flux de CO₂ (FC CO2 Flux(mmol/m2/s)
  • 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)
  • 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

   Interroger la banque de donnée WDCGG

• 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?
• Problème 4 : Est il correct de prendre les valeurs de Mauna Loa pour définir la concentration atmosphérique globale de l'atmosphère?

Problème :
Cette étude montre bien les échanges entre la biosphère et l'atmosphère dans les deux sens (Photosynthèse et respiration-fermentation).

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- Utilisation d'un modèle en mode simulation

Dans le dossier de stage sur le bureau, ouvrir le modèle 3compartbio_anthrop_220ans.vmf avec Vensim Model Reader (le visualiseur).

• C 6 :Page1: Etat initial stable .
  Analyse du modèle.
  • Repérer les différents réservoirs de Carbone
  • Dans chaque réservoir, écrire sur le document fourni sous quelle forme se trouve le Carbone ainsi que les quantités de Carbone présentes en 1780. Pour connaitre ceci , il suffit de cliquer sur l'objet pour le sélectionner puis sur le bouton DOC dans la barre de boutons à gauche.
  • Repérer les flux et définir les mécanismes  biologiques en cause.
  • Où sont les entrées , les sorties de Carbone dans ce modèle?
  • Lancer la simulation
  • Comment voit on que le modèle est en situation d'équilibre?
• C 7 : Page 2 : Impact des émissions anthropiques 
  •  Après avoir lancé la simulation, le flux "apportsAnthrop" est surligné. Cliquer dessus pour faire apparaitre la fenêtre "graph lookup". Avec le curseur de la souris, attraper chaque point de la droite et  faire coïncider les concentrations atmosphérique en CO₂  mesurées et calculées (visible sur le graphe en haut à droite).
  • Comparer alors le flux mesuré (réel)  au le flux imposé.
  • Conclure

• C 8 : Page 3 : Rétroaction de la température
  • En comparant la page 3 avec la page 2, précisez la modification effectuée dans le modèle.
  •  L'apport anthropique provoque une augmentation de la concentration en CO₂ et donc une augmentation de la température par effet de serre. Or la température agit en retour sur certains phénomènes. Précisez ces phénomènes.
    En cliquant sur la variable surlignée" impactTemp", augmenter la température pour voir dans quel sens varie la concentration atmosphérique en CO2. Quelle est la signification concernant les phénomènes de la question précédente?
  •  Le CO₂ provoque une augmentation de la température mais l'augmentation de la température provoque une augmentation de la concentration en CO_{2 .} On peut alors se poser une question: Quelle est la cause? quelle est la conséquence ? Cette question est d'autant plus importante qu'elle pose la problème de la responsabilité humaine  dans le réchauffement climatique actuel.
    Nous allons donc faire une expérience pour tester l'hypothèse de la température comme cause. Pour cela , il suffit d'augmenter la température pour provoquer une élévation de la concentration en CO₂ atm  comparable à celle mesurée (Graphe du haut à droite) et regarder si cette élévation de température est compatible avec la courbe de température réelle (température mesurée du graphe du bas).
  • Conclure.

 

• C9 : Page 4 : Page bilan
  • Cette page en consultation montre le calcul du modèle avec les apports anthropiques réels.

IV Bilan.

C10 :

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  ainsi que le changment d'utilisation des sols n'est pas pris en compte ce qui explique l'inadéquation entre la sortie du modèle et les mesures.

Un modèle ne correspond jamais à la réalité.

Lien vers l'activité 4 

 

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