Activités"paillasses" mises en oeuvre lors de la modélisation

• Calcul direct :  Les sondes à CO₂ à notre disposition dans les lycées ne permettent pas actuellement de mesures directes. Il faut alors utiliser les banques de données (Volume du réservoir Atmosphère)

• Evaluation indirecte :  Détermination de l'indice stomatique au laboratoire.

  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)

2- Etude expérimentale mettant en jeu la lithosphère (cycle long)

Evaluation de la taille du réservoir roches carbonatées

3-  Analyse d'un TP sur l'effet amplificateur du CO₂

TP de Seconde sur le Rôle du CO₂

4- Exemple de démarche en classe de Seconde

Démarche conjointe en SVT et en Physique -Chimie

Travaux dirigés en ligne sur internet :

• TD Cycle géologique du carbone de J Gaillardet.

• TD de Laurent Bopp.