Enseigner les Sciences de la nature

logo ensl   Logo du ministère de l'éducation
logo CIRI logo Immuniser Lyon
logo LBMC logo Musée Mérieux
Logo Inserm igfl igfl logo CREATIS
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo geo 3d
Logo de Lyon 1 logo lgltpe 
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo LBMC
logo LBMC
logos composé logo COP In My City logo Investissement d'avenirLogo du musée de Confluences
logo Météo France Logo du musée de Confluences
logo EVSlogo Grand Lyon

puits_ocean

Le rôle de l'océan dans l'atténuation des effets anthropiques sur le climat

 

Un problème est posé :

Quel est le rôle de l'océan face à l'augmentation récente de la concentration atmosphérique en CO2 ?

 

Un outil pour raisonner :

 

L'archive puits_ocean.zip contient le modèle ocean_220ans.vmf utilisable avec Venread et son fichier Excel associé. Ce fichier doit obligatoirement être placé dans le même dossier que le fichier modèle. Elle contient également le même modèle ocean_220ans.mdl modifiable avec le logiciel Vensim PLE.
Ce modèle traite du rôle d'atténuation de l'océan dans l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2. En mode simulation, Il permet de comprendre les rétroactions du cycle du Carbone.
Cette séquence doit bien sûr s'intégrer dans un raisonnement incluant les manipulations paillasse sur la dissolution des gaz dans l'eau en fonction de la température dont nous ne parlerons pas ici.

 

Influence de la concentration en CO2 sur les échanges Atmosphère-Océan.

 

S'approprier le modèle : La lecture réfléchie de la page 1 permet de comprendre les enjeux.

 

icone_page1_ocean.gif

Agrandir l'image

 

Q.1 :Sous quelle forme se trouve le Carbone dans l'Atmosphère?

 

Q.2 :Sous quelle forme se trouve-t-il dans l'eau des océans?
(voir si nécessaire la synthèse Cycle océanique du Carbone dans la colonne d'eau ).

 

Q.3 :Sous quelle forme se trouve-t-il  dans le flux Atmosphère-Océan?

 

Q.4 :Définir les phénomènes correspondant au flux ruissellement et au flux sédimentation?

 

Q.5 :Définir de la même manière la pompe biologique et le flux Up et Downwelling

 

Q.6 : Quelles sont les quantités totales de Carbone contenues dans le réservoir Atmosphère et dans le réservoir Océan (Océan superficiel + Océan profond)?

 

 

Manipuler le modèle :
Sur la page 1, repérer le curseur qui va vous permettre de faire varier la concentration atmosphérique en CO2.

 

Lancer la simulation puis faire varier la concentration atmosphérique en CO2.

 

Q.7 :Définir le sens du flux lorsque la concentration atmosphérique en CO2 augmente.

 

Q.8 : Depuis 1780, la concentration atmosphérique en CO2  a augmenté de +90 ppmv. Avec une telle augmentation, quelle est l'intensité du flux calculé par le modèle en 1800, en 1900 et en 2000?

 

Q.9 :Comment évolue ce flux au cours du temps ? Pourquoi?

 

Où est passé le Carbone apporté dans l'atmosphère par la combustion des carburants fossiles ?

 

La page 2 montre les nouvelles variables ajoutées permettant de calculer les quantités de Carbone stockées dans chaque compartiment à la suite de l'apport de Carbone dans l'Atmosphère lié à la combustion des carburants fossiles de 17890 à 2000.

 
 

icone_page2_ocean.gif

Agrandir l'image

 

Q.10 : Comment ont varié au cours du temps les apports anthropiques de Carbone? Noter l'intensité du flux en  1850, en 1950 puis en 2000.

 

Q.11 :Comment a varié en parallèle le flux de l'atmosphère vers l'océan? Noter l'intensité de ce flux en 1850, en 1950 puis en 2000.

 

Q.12 : En 2000, faire le bilan des quantités apportées à  l'Atmosphère  et des quantités passées dans l'océan .

 

Q.13 :Expliquez l'augmentation de la concentration atmosphérique observée.

Sur la page 3, il est possible de voir la répartition du Carbone dans les différents compartiments.

 

Q.14 : Sur la page 3, Noter en 2000 la répartition du Carbone dans les différents compartiments.

 
 

Rôle de la température de l'eau de surface sur l'intensité du flux Atmosphère-Océan : 

 

La page 4 fait apparaître l'action de la température superficielle de l'eau sur le flux Atmosphère-Océan.

 

Cette partie du raisonnement peut être judicieusement associée à une manipulation paillasse sur la dissolution (dégazage) du CO2 en fonction de la température.

 

icone_page4_ocean.gif

Agrandir l'image

 

Q.15 : Faire varier la température de l'eau dans les deux sens et observer le sens dans lequel s'effectuent les échanges de Carbone entre l'Atmosphère et l'Océan .

 

Q.16 : Prévoir l'évolution de la concentration atmosphérique en CO2 dans le cas d'un réchauffement climatique.

 

 

 

Rétroaction de la température

 

La page 5 présente la boucle de rétroaction de la température. On admet dans ce calcul que l'élévation de la température de l'eau de surface est égale à l'élévation de la température de l'air .
La page 6 montre les résultats des différentes simulations.

 

icone_page5_ocean.gif

Agrandir l'image

 

Q.17 :Quelle est l'augmentation de température de l'air provoquée par l'apport de CO2 lié à la combustion des carburants fossiles entre 1780 et 2000?

 

Q.18 : Comparer les concentrations atmosphériques en CO2 sans et avec la rétroaction de la température

 

Q.19 : Explicitez par quelques phrases la cascade de réactions partant de l'apport anthropique jusqu'à la concentration atmosphérique en CO2.

 

 

 

Conclusion :

 

Ce modèle permet de comprendre le rôle de puits joué par l'océan dans la période récente suite au déséquilibre anthropique. Les flux calculés pour les années 1990 à 2000 sont cohérents avec les valeurs proposées dans le dernier rapport de l'IPCC 2001 (Voir la démarche d'estimation de l'intensité des flux).

 

A travers l'utilisation de ce modèle, on entrevoit la complexité des mécanismes qui interagissent dans le climat et en particulier les rétroactions dont l'intensité, difficile à estimer, explique en grande partie les incertitudes des prévisions de changement du climat pour le prochaine siècle.

 

Réponses :

 

Q.1 : CO2

 

Q.2 : Sous forme de Carbone inorganique (CO2 dissous, H2CO3, HCO3-, CO32-) et sous forme de carbone organique (Matière organique des organismes vivants ou morts).

 

Q.3 :Sous forme de CO2 qui soit se dissout dans l'eau soit est produit par dégazage.

 

Q.4  :Le passage de la souris sur l'intitulé des flux fait apparaître une info bulle donnant la réponse.

Q.5 :Les termes Upwelling et downwelling sont ici utilisés pour des échanges entre l'océan superficiel et l'océan profond.

 

Q.6 :Il faut dans un premier temps séléctionner l'hexagone puis cliquer sur le bouton Doc à gauche pour obtenir l'information (Oc Sup 891.626 Gt de C et Oc Prof 38 000 Gt de C)

 

Q.7 :Le flux est positif. On observe l'atmosphère qui se vide. Cela signifie que le CO2 passe de l'atmosphère vers l'océan.

 

Q.8 : Pour une augmentation de  + 90 ppmv, le modèle calcule un flux de 1.5 Gt de C/an en 1800, 12 en 1900 et 0.9 en 2000.

 

Q.9 :Le flux diminue lentement car la concentration atmosphérique diminue grâce à ce puits.

 

Q.10 :En 1850 les apports étaient de 1.5 Gt de C/an. en 2000, ils étaient de 6.5 Gt de C/an.

 

Q.11 :Il suit les mêmes variations mais avec une intensité plus faible (0.5Gt de C/an en 1950 et 1.9Gt de C/an en 2000.

 

Q.12 : 6.5Gt de C /an sont apportées en 2000 pour un flux vers l'océan de 1.9 Gt de C/an.

 

Q.13 : Le puits étant tous les ans inférieur à la source, la concentration atmosphérique en CO2 augmente.Attention, ce modèle ne prend pas en compte le puits biosphérique.

 

Q.14 : En 2000, sur les 280 Gt de C apportées, 56 sont passées dans l'océan profond, 17 dans l'océan superficiel. Il en reste donc 207 Gt dans l'atmosphère  qui en contenait  600 Gt  en 1780. L'atmosphère est un tout petit réservoir.

 

Q.15 :Lorsque la température de l'eau augmente, le flux devient négatif. Cela signifie qu'il est alors dans le sens Océan vers l'Atmosphère (Dégazage).

 

Q.16 : Le réchauffement provoque un dégazage qui fait augmenter la concentration atmosphérique en CO2.

 

Q.17 : +1°C

 

Q.18 :Les différences sont faibles mais avec la rétroaction de la température, le modèle calcule une concentration atmosphérique en CO2 en 2000 de 379,3 ppmv au lieu de 376,6 sans cette action, soit + 5,7 Gt de C en plus dans l'atmosphère.

 

Q.19 : L'homme a apporté du CO2. Malgré le passage dans l'Océan, cela a fait augmenter la concentration atmosphérique en CO2, d'où une augmentation de la température par augmentation de l'effet de serre. Cette augmentation de température de l'air provoque une augmentation de la température de l'eau superficielle des océans et donc un dégazage. Cela augmente encore plus la concentration atmosphérique en CO2 et donc l'effet de serre et la température (+ 0,03°C)