programme
Intitulé :
Modélisation du cycle du Carbone et changements climatiques
Déroulement
Ce stage a été proposé en 2007 à Tours. Il est ici découpé en activités courtes permettant une autoformation rapide sur un thème qui pourrait correspondre à un TP élève.
Objectifs pédagogiques :
- Actualiser les pratiques d’enseignement (en classe de Seconde et en Terminale Spécialité) dans l’optique de l’Education à l’Environnement (EEDD) dans le cadre du réchauffement climatique.
- Construire des raisonnements basés sur la modélisation liant les données biologiques et géologiques à différentes échelles de temps.
Déroulement de la formation
Journée 1 matin :
Activité 1 :(1h) Existe-t-il des preuves de l'existence d'un réchauffement lié à l'augmentation des GES notamment le CO2?
Utilisation de l’interface d’interrogation des banques de données climatiques pour rechercher les fichiers scientifiques qui servent de bases aux scientifiques pour prouver la véracité du réchauffement climatique : Recherche du paramètre
Interrogation des serveurs
Téléchargement de fichier
Rendre le fichier utilisable sous Excel
Construire un graphe
Lien vers l'activité 1
Activité 2 (1h) : L'Homme est-il responsable de l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 depuis 1780?
La combustion des carburants fossiles peut-elle être responsable du réchauffement climatique ? Estimation par le calcul du volume du réservoir atmosphère
Construction d’un modèle simple
Lien vers l'activité 2
Activité 3 : (1h) : La biosphère a-t-elle joué le rôle d'un puits vis-à-vis de CO2?
Rôle de la biosphère comme facteur d’atténuation Recherche des preuves à différentes échelles : interrogation des BDD et activités paillasses (un poste avec sonde à CO2) – Découverte des flux et des mécanismes (photosynthèse , respiration et fermentation) dans l’optique d’une vision globale. La biosphère peut être un puits ou une source, qui de l’un ou de l’autre l’emporte ? c’est le modèle qui permet de résoudre ce problème…
Utilisation de modèle en mode simulation : clés de lecture … C’est un modèle numérique mettant en jeu des boucles de rétroaction (montrer comment elles fonctionnent et structurer le raisonnement), des diagrammes causals … le modèle est perfectible, on le complexifie et on ajoute l’océan).
Lien vers l'activité 3
Journée 1 après-midi :
Activité 4 (1h): L'océan a-t-il joué le rôle d'un puits vis-à-vis du CO2?
Rôle de l’océan comme facteur d’atténuation (autonomie des stagiaires). Recherche des preuves à différentes échelles : interrogation des BDD et activités paillasses (un poste avec sonde à CO2) . L’océan est tantôt un puits tantôt une source… La réponse passe par la modélisation…
Estimation du volume du réservoir « Océan » : rapide (coupe ODV)+ calcul Excel
Utilisation de modèle ocean.vmf en mode simulation. Clés de lecture du modèle.
Lien vers l'activité 4
Activité 5 : Bilan (0h30) : L'Homme est-il responsable du réchauffement climatique?
Utilisation du modèle complet en mode simulation qui sert de bilan sur le cycle court du Carbone. Recherche d’une réponse au problème posé : l’Homme est-il responsable de l’augmentation des GES et quel est le rôle de la biosphère et de l’hydrosphère… ? Validation des résultats par les mesures de terrain.
Lien vers l'activité 5
Activité 6 (0h30) : Peut-on prévoir le climat du XXIème siècle?
Notre modèle peut-être prédictif ? Comment imaginer le futur ? Notions de scénarios socio économiques (document).
Exploitation de notre modèle en mode prédictif en indiquant ses limites.
Notion de modèle, notion de scénario.
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Journée 2 matin :
Activité 7 (1h) : Les climats du futur et l'éducation à l'environnement.
Des climats du futur et l’éducation à l’environnement Utilisation de JCM pour rechercher les responsabilités (cartographie des émissions), pour évaluer les incertitudes du réchauffement en fonction des modèles et des scénarios, pour rechercher les mesures de limitation de l’augmentation des GES… et montrer que le rapport de Kyoto ne résout pas tout.
Le réchauffement et ses conséquences : l’élévation du niveau des océans (causes et amplitude)
Les climats du futur et la responsabilité de l’Homme.
Eco citoyenneté et introduire le protocole de Kyoto (ouverture sur d’autres disciplines)
Lien vers l'activité 7
Activité 8 (1h) : Du cycle court au cycle long
Identifier les points communs et les différences entre un cycle court et un cycle long
- Le cycle court se caratérise par des réservoirs de grande taille et de petits flux
- On propose d'évaluer la taille d'un réservoir, de montrer l'impact du flux lié au volcanisme et de construire un premier modèle.
Les roches carbonatés et les roches carbonées.
- Estimation de la quantité de Carbone contenue :>
Dans les roches carbonées : à partir de la quantité d’O2 dans l’atmosphère (Pierre Thomas) mais une partie de ce O2 a été consommé par l’oxydation des roches et cette partie n’est pas estimable.
Construction d’un modèle simple
Complexification du modèle et échelles de temps (2, 100 et 600Ma).
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Journée 2 après-midi
Activité 9 (1h) : Du cycle court au cycle long, généralisation
Aborder les notion de réservoirs , de flux, de paramètres .
Au travers d'une échelle de temps différente, comprendre les différences profondes entre le cycle court et le cycle long du Carbone.
Comparer la taille des réservoirs et l'intensité des flux.
Activité 10: (1h) Construction d'un modèle cycle long simple
A travers la construction de ce modèle simple, on sensibilise les élèves à la durée des temps géologiques. On étudie ici l'intensité du dégagement de CO2 lié au volcanisme.
Activité 11 (1h) Utilisation en simulation d'un modèle plus complexe
En mode simulation, l'utilisation de ce modèle complexe permet de comprendre l'influence des différents facteurs géologiques sur le climat .
Logiciels utilisés :
- Interface d’interrogation des Banques des données (en ligne)
- Vensim PLE
- Venread
- JavaClimat Model (en ligne)
- Excel ou le tableur Open Office
- Mesurim
| Équipe INRP de l'académie d'Orléans-Tours. |