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origine_anthropique

Un problème est posé :

Peut-on grâce au modèle du cycle court du Carbone mieux comprendre l'influence humaine sur le réchauffement climatique?

Un outil pour raisonner :

L'archive role anthropique.zip contient le modèle cyclecourt_220ans.vmf utilisable avec Venread et son fichier Excel associé. Ce fichier doit obligatoirement être placé dans le même dossier que le fichier modèle.
Ce modèle traite du cycle court du Carbone. Il permet en mode simulation et avec un investissement temps minimum de comprendre le cycle du carbone et les perturbations provoquées par l'homme, responsables du réchauffement climatique actuel.

Cette séquence doit bien sûr s'intégrer dans un raisonnement incluant les manipulations paillasse classiques sur l'auto et l'hétérotrophie dont nous ne parlerons pas ici.

Importance relative de la déforestation et de la combustion des carburants fossiles.

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

icone_cyclecourt_page1.jpg

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

Q.2 :Sous quelle forme se trouve-t-il dans la Biosphère?

Q.3 :Expliquez le mécanisme ayant permis la création de la Biomasse.

Q.4 :En terme d'échange de Carbone entre les compartiments, qu'est-ce qu'une déforestation?

Q.5 :Les carburants fossiles sont le charbon et le pétrole. Expliquez l'origine du Carbone qui les composent.

Q.6 : Que devient ce Carbone lors de la combustion?

Q.7 :Pouvez-vous prévoir ce qu'il peut advenir du Carbone apporté dans l'Atmosphère par la combustion des carburants fossiles.

Q.8 :Pouvez-vous prévoir le sens d'évolution des quantités de Carbone de chaque réservoir suite à la déforestation.

Manipuler le modèle : La page 2 permet à la fois la manipulation des curseurs faisant varier les apports par combustion ou la déforestation et la lecture des graphes montrant l'influence de ces deux phénomènes.

Sur la page 1, repérez les deux curseurs qui vont vous permettre de faire varier les deux flux anthropiques.

Sur la page 2, lancez la simulation et faire varier les flux par les deux curseurs. .

icone_cyclecourt_page2.jpg

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Q.9 : Quels sont les unités des flux de combustion et de déforestation?

Q.10 :Comment peut on résumer en une phrase l'évolution au cours du temps de la combustion.

Q.11 :Précisez l'importance de chaque phénomène sur la concentration atmosphérique en CO2 au cours du temps.

Où est passé le Carbone apporté par la combustion des carburants fossiles?

La page 3 montre les nouvelles variables ajoutées permettant de calculer les quantités de Carbone stockées (ou retirées) dans chaque compartiment.

Sur la page 4, il est possible de voir la répartition du Carbone dans les différents compartiments suite à la seule, déforestation, à la seule combustion .

Nous présenterons les conséquences cumulées de ces deux actions anthropiques.

icone_cyclecourt_page4.jpg

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Q.12 : 276,6 Gt de Carbone ont été apportées à l'atmosphère par la combustion des carburants fossiles de 1780 à 2000. La déforestation n'a fait que changer la répartition du Carbone dans les différents compartiments. Noter en 2000 les quantités de Carbone stockées dans chacun des réservoirs.

Q.13 : Faire le bilan des échanges entre réservoirs suite à l'action de l'homme.

 

 

Responsabilité de l'homme dans l'élévation de la température globale : 

La température globale terrestre varie en fonction de deux causes initiales:

  • L'insolation
  • L'effet de serre

Dans notre modèle, l'insolation est considérée comme constante et la température globale est calculée uniquement en tenant compte des variation de concentration atmosphérique en CO2. Nous admettrons comme le démontrent les scientifiques, que l'influence des variations d'insolation sur la température est négligeable.

La page 5 insiste sur la complexité du cycle du carbone et en particulier sur les boucles de rétroaction de la température. Une augmentation de la température fait varier l'intensité de la photosynthèse, de la respiration et des échanges océan-atmosphère. Des manipulations paillasse permettent facilement de le démontrer.

En plus des variations de température provoquées par l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 a été ajouté un paramètre pour une augmentation de la température autre (soit une augmentation de l'activité solaire soit une augmentation de température liée à une diminution de l'albédo). L'objectif est de tenter de montrer que l'augmentation de température observée est bien liée à l'augmentation de l'effet de serre.

Utiliser la page 6 pour observer les résultats.

icone_cyclecourt_page5.jpg

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Q.14 : Augmenter uniquement la température (insolation ou albédo). Comment varie la concentration atmosphérique en CO2 au cours du temps?

Q.15 : Quelle est l'élévation de température consécutive à la modification des échanges entre les réservoirs?

Q.16 :Peut on définir l'action de la température comme une rétroaction positive ou négative? Expliquer ce phénomène par une phrase en prenant comme point de départ l'apport anthropique de CO2 dans l'atmosphère.

Q.17 : Comment peut-on expliquer que la température calculée par le modèle du cycle du Carbone soit inférieure à la température mesurée pour la période 1860-1970?

Q.18 : Quelle devrait être l'augmentation de température par baisse de l'albédo par exemple pour que ces deux températures correspondent?

 

Conclusion :

Des deux phénomènes anthropiques, la combustion des carburants fossiles a la plus forte influence.

Sans prouver que l'augmentation de température observée aujourd'hui a une origine humaine, le modèle montre que l'état des connaissances actuelles du cycle du Carbone permettrait d'expliquer ce changement.

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 : Matière organique

Q.3 :La photosynthèse. Cela se traduit par un flux de Carbone du compartiment Atmosphère vers le compartiment Biosphère.

Q.4 :La déforestation correspond à un flux de Carbone de la Biosphère vers l'atmosphère (Brûlis pour 66%) et un stockage temporaire lié à l'utilisation du bois. Avec cette échelle de temps, ce stockage est définitif mais bien sûr, sur une échelle de temps plus longue, l'altération du bois conduit à un retour du Carbone dans l'atmosphère.

Q.5 : Le Charbon comme le pétrole sont le résultat d'un stockage sur le long terme de la biomasse (Forêt pour le charbon et plancton pour le pétrole). Par l'intermédiaire de la biosphère, il s'agit d'onc d'un transfert du Carbone atmosphérique initial vers le réservoir des roches carbonées. (Voir le cycle du carbone sur le long terme)

Q.6 :La combustion est une oxydation qui libère dans l'atmosphère le CO2.

Q.7 :Sur le modèle, on ne voit que deux sorties possibles (puits): Le puits biosphèrique avec une augmentation de l'intensité photosynthétique et le puits océanique avec une augmentation de la dissolution dans l'océan.

Q.8 :C'est complexe!. La déforestation doit provoquer une baisse de Carbone du réservoir Sol et Litière . Par contre, le brûlis augmente la quantité de Carbone de l'atmosphère et donc favorise la photosynthèse...et le stockage dans les océans.

Q.9 : Giga Tonnes de Carbone par an. Attention aux échelles différentes pour les deux mécanismes!

Q.10 : Le flux augmente depuis 1850 avec une accélération à partir des années 1950.

Q.11 :La déforestation n'a qu'un impact faible sur la concentration atmosphérique en CO2 (surtout de 1780 à 1850. Par contre, la combustion des carburants fossiles explique l'augmentation observée surtout pour la période 1950 à 200.

Q.12 et 13 :L'atmosphère a gagné 193.3 Gt (d'où le réchauffement), la biosphère 98 Gt (malgré le déboisement mais en incluant les 60 Gt de bois utilisées par l'homme pour la construction), l'océan superficiel 14 Gt et l'océan profond 48,6 Gt. Cela fait plus que les 276,6 Gt apportées par la combustion maisi les sols et la litière ont perdu 77,4 Gt dans le même temps.

Q.14 : Elle augmente d'abord puis revient très lentement à l'équilibre.

Q.15 : La température augmente de 0,3 °C

Q.16 : Il s'agit d'une rétroaction positive; L'apport de CO2 anthropique fait augmenter la température par augmentation de l'effet de serre. Cette augmentation de température augmente Photosynthèse, Respiration et Evaporation marine ce qui se traduit par une augmentation supérieure de la concentration atmosphérique en CO2 . Cela accentue le déséquilibre.

Q.17 :La température est calculée uniquement à partir de la concentration atmosphérique en CO2. N'interviennent pas dans le calcul l'augmentation de l'insolation et(ou) la baisse de l'albédo consécutive au réchauffement. Ceci montre la complexité des modèles explicatifs des variations du climat.

Q.18 : Faire intervenir une augmentation de la température sur cette période de 0,5 à 1°C suite à une baisse de l'albédo améliorerait le calcul de la température.

 

Licence creative commons version 3.0 :

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.fr

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