À propos
Le passé climatique de la Terre est très riche en rebondissements. Les responsables de cette variabilité du climat sont nombreux : des continents en mouvement, une activité volcanique plus ou moins forte, des courants océaniques qui s'inversent ou se renforcent, une insolation changeant au grè de l'activité solaire et de l'orbite de la Terre... Depuis peu, un facteur nouveau est apparu, le facteur anthropique. En bref, une multitude d'évènements agissant à différentes échelles de temps et qui sont souvent étroitement liés.
Les programmes de SVT de seconde et de l'enseignement de spécialité de terminale S, ont pris en compte l'étude du cycle du carbone dans l'optique de son implication dans les changements climatiques. Une telle étude, à différentes échelles de temps, intègre les deux disciplines, biologie et géologie à travers les échanges de carbone entre les différentes enveloppes de la planète : atmosphère, biosphère, hydrosphère et géosphère. De tels échanges mettent en jeu des concepts biologiques comme la photosynthèse, la respiration ou la fermentation, ainsi que des concepts géologiques comme le magmatisme, l'érosion ou la sédimentation etc.
Pour pouvoir étudier les flux de carbone au niveau de la planète Terre dans l'optique des changements climatiques passé, présent et futur, la modélisation numérique est un outil incontournable. L'exercice est complexe mais les incertitudes se réduisent.
Lors de la construction d'un modèle du cycle du carbone, nous distinguons les processus impliqués dans le cycle du carbone à court terme (à l'échelle du temps de l'année ou du millier d'années) et ceux fondamentaux dans le cycle à long terme (à l'échelle de temps des plusieurs millions d?années). Les premiers impliquent les échanges entre quatre réservoirs : l'atmosphère, l'océan, la biosphère et les sols, et jouent un rôle dans les changements climatiques à court terme (changements récents et quaternaire). Les seconds impliquent les échanges entre les réservoirs superficiels considérés globalement et ceux des roches carbonatées et carbonées, qui jouent un rôle majeur dans l?évolution climatique de la Terre durant son histoire.
Grâce au modèle numérique, on peut démontrer l'effet anthropique sur le cycle du carbone et le climat. Cet effet est loin d'être négligeable dans la mesure où l'action humaine a pour effet une accélération considérable de 2 processus du cycle à long terme, l'oxydation des matières organiques et la dégradation thermique des calcaires, et d'un processus à court terme, la respiration des plantes et des microorganismes du sol.
En utilisant les prévisions des experts du GIEC, le modèle permet aussi d'estimer l'impact des activités humaines sur le climat du XXIème siècle et de tester certaines des mesures d'atténuation proposées par les experts. Lors des simulations, les actions menées sur le modèle permettent la prise de conscience du rôle de l'Homme sur la planète. Ainsi, la modélisation du cycle du carbone et son impact climatique, trouve sa place dans l'Education à l'Environnement et au Développement durable (EEDD).
On propose dans ce dossier :
- Des modèles de référence consultables avec le visualiseur Venread (voir prise en main des outils TICE dans ce dossier): des modèles du cycle du carbone à court terme pour les changements climatiques récents et des modèles du cyle du carbone à long terme, pour les changements climatiques plus anciens,
- Une banque de données sur les changements climatiques et une interface d'interrogation: évolution de la concentration de CO2 dans de nombreuses régions du monde, estimation des rejets de CO2 depuis l'ère industrielle, évolution de la température atmosphérique dans différentes régions, ainsi que celle des eaux océaniques, etc.
- Des démarches pédagogiques qui s'appuient essentiellement sur l'exploitation des banques de données et l'expérimentation en classe. Elles ont pour objectif la construction de modèles numériques simples et progressifs en utilisant un logiciel de modélisation à compartiments, le logiciel Vensim.
- Diaporama du cycle court et diaporama sonorisé.
- Diaporama du cycle long.
Abstract
Our team’s mission is to study how we could integrate computer modeling into the secondary education curriculum. As an example, we chose to model the carbon cycle with its climate impact.
This theme easily finds its place in the current high school curriculum. Different time scales should be envisaged and both disciplines, Biology and Geology, are to be integrated by considering carbon exchange between the different layers of the Earth: atmosphere, biosphere, hydrosphere and lithosphere.
We propose to build in a file some models with increasing complexity on two time scales, using a compartment model. This file contains:
- Pedagogical approaches specific for either the short or the long cycle.
- Tools dedicated to climate modeling.
- Data and a tool to search in climate databases.
- Scientific and pedagogical information; activities proposals designed for the lab bench; downloadable resources (publications, data and models).
The models we propose are inspired by the models designed by Carleton's University. We adapted them to another compartment model the software Vensim. Those new models are validated by in-situ measures. We use a software Vensim and we are currently publishing several articles based on this tool.
We invite you to read our file and we would be delighted if you could send us your comments, suggestions, etc. We thank you in advance for your feedback.