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Préliminaire

Les processus impliqués dans le cycle du carbone à court terme, à l’échelle de temps de l’année ou du millier d’années, impliquent les échanges entre quatre réservoirs : l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et les sols. Ces échanges jouent un rôle dans les changements climatiques récents et quaternaire.

Introduction du thème

 

Le Cycle du Carbone à Court terme CCC

 

 

Les processus impliqués dans le cycle du carbone à court terme, à l’échelle de temps de l’année ou du millier d’années, impliquent les échanges entre quatre réservoirs : l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et les sols. Ces échanges jouent un rôle dans les changements climatiques récents et quaternaire.

 

Ce dossier dédié au Cycle du Carbone Court (CCC) propose deux entrées possibles :

 

Une entrée en mode modélisation et une entrée en mode simulation (voir "modélisation et simulation").

 
  1. Une entrée par la modélisation: On construit un modèle du cycle du carbone court en utilisant le logiciel Vensim. Il s'agit d'une construction "pas à pas" d'un modèle de complexité croissante. Dans un premier temps, on construit un modèle à un seul compartiment, le compartiment atmosphérique. La comparaison des valeurs calculées par ce premier modèle avec les valeurs mesurées sur le terrain montre que l'atmosphère n'est pas un compartiment fermé. On découvre que du CO2 circule entre l'atmosphère et la biosphère d'une part (on définit la notion de puits biosphérique) et que du CO2 circule entre l'atmosphère et l'hydrosphère d'autre part (on définit la notion de puits océanique). Pour valider la notion de puits biosphérique, on construit un nouveau modèle qui prend en compte les 2 compartiments, les compartiments atmosphérique et biosphérique. Pour valider la notion de puits océanique, on construit un modèle à 2 compartiments, les compartiments atmosphérique et hydrosphérique... La modélisation permet de valider l'hypothèse d'une circulation du CO2 entre l'atmosphère et la bioshère d'une part, l'atmosphère et l'hydrosphère d'autre part. Pour finir, on réalise la fusion des 2 modèles intermédiaires : on construit ainsi un modèle du cycle du carbone court CCC. Ce modèle final met en jeu 5 compartiments : l'atmosphère, la biosphère, le sol, l'océan de surface et l'océan de profondeur.

    A chaque étape de la modélisation, les valeurs calculées par le modèle sont comparées aux valeurs mesurées sur le terrain. Le modèle est validé lorsque les données calculées sont conformes aux données mesurées sur le terrain. Les teneurs en CO2 calculées par le modèle final sont conformes aux valeurs mesurées sur le terrain de 1780 à nos jours. Le modèle final étant validé il peut servir de modèle de référence pour le cycle court.

  2. Une entrée par la simulation :  nous proposons différents modèles (partiels ou complets) du cycle du carbone court CCC au téléchargement. Ces modèles sont utilisables avec le logiciel Venread (Vensim est un logiciel de construction de modèles, Venread est un visualiseur qui permet de faire des simulations numériques). Chaque modèle permet de répondre à une problématique.

    Une autre démarche est proposée qui exploite le logiciel Java Climat Model (modèles de Ben Matthews de l'Institut d'astronomie et de géophysique de l'université catholique de Louvain). Java Climat Model permet d'explorer en ligne ou en différé les impacts des émissions des gaz à effet de serre sur le climat (essentiellement sur les températures et le niveau marin). Ce n'est pas un simple "visualiseur" de données mais un modèle complet rapide et compact qui génère des graphiques de données climatiques à partir de scénarios d'émission de gaz à effet de serre, de stabilisation de facteurs climatiques ou des scénarios de développement socio-économiques élaborés par le GIEC.

  3. En mode modélisation ou en mode simulation, le modèle est un outil de simplification qui permet de comprendre le cycle du carbone. Il permet de comprendre l'impact du cycle du carbone sur le climat, le climat actuel (on va pouvoir évaluer la responsabilité de l'Homme dans le réchauffement actuel), le climat passé. Le modèle permet de prévoir le climat du futur: en mode prédiction, le modèle exploite les scénarios du GIEC pour le XXIième siècle (voir les implications pédagogiques de la modélisation)

Informations

La modélisation est réalisée à l'aide du logiciel de modélisation à compartiments Vensim (voir prise en main du logiciel). Ce logiciel est gratuit et téléchargeable dans sa version de base. La simulation numérique est réalisée à l'aide du logiciel Venread (voir prise en main du logiciel). Venread ouvre les modèles construits avec Vensim, il est gratuit et téléchargeable.

 

Les modèles que nous proposons utilisent les équations des chercheurs du Collège de Carleton (inaccessibles aujourd'hui).Ils mettent en jeu des flux de carbone qui correspondent à la photosynthèse, la respiration, la fermentation, la dissolution etc. Dans les programmes actuels, l'étude du métabolisme des êtres vivants est déconnectée des changements climatiques. Au cours de la modélisation, photosynthèse et respiration sont étudiés comme éléments du cycle du carbone jouant un rôle essentiel sur le climat global de la Terre. (Ces modèles ne sont plus en liens aujourd'hui).

 
 

La démarche de modélisation permet de définir la notion de modèle : on va définir ce qu'est un compartiment, un flux et une boucle de rétroaction. Lors de la simulation numérique, le modèle va exploiter des données qui constituent un scénario.