« Modélisation du cycle du carbone et impact climatique »

Équipe de recherche INRP

d’Orléans-Tours

ERTé ACCES

Jacques Barrère, Marie-José Broussaud, Frédéric David, Jean-Marie Greffion, Thierry Lhuillier et Jean-Marc Vallée

Réunion Nationale des IANTES en SVT – Reims 7 et 8 décembre 2005

La place du thème dans l’enseignement des SVT

• Le thème « modélisation du cycle du carbone » trouve sa place dans l’enseignement des SVT:– En classe de seconde : Cycle du dioxyde de carbone ...

Couplage lithosphère, hydrosphère, atmosphère et biosphère. Influence de l’Homme. Action sur la température. Évolution historique de la composition de l’atmosphère terrestre.

• Notion de respiration, de fermentation et de photosynthèse.

– En classe de TS enseignement de spécialité : Du passé géologique à l’évolution future de la planète. Les climats passés et les climats du futur.

Le cadre de cette recherche…

• Modélisation du cycle du carbone– Le cycle du carbone implique des transferts entre les réservoirs

géologiques et biologiques mettant en jeu• des concepts géologiques (érosion, sédimentation, magmatisme, …)

• des concepts biologiques (respiration, fermentation et photosynthèse).

• Changements climatiques– L’étude du cycle du carbone est utilisée pour comprendre

l’évolution du climat de la planète • à court terme,

• ainsi que son implication dans les changements climatiques à long terme, notamment durant les 550 millions d’années du Phanérozoïque.

Un problème d’actualité:L’Homme est-il responsable de l’augmentation des GES constatée actuellement?

Une démarche s’appuyant sur la modélisation: Le modèle comme outil de

Simplification

Compréhension,

D’anticipation.

La construction d’un modèle

Un fait d’actualité, le climat de la Terre change

Le GIEC estime que la température moyenne globale de la Terre a augmenté de 0,3 à 0,6 °C au cours du dernier siècle.Le CO2 est responsable d’environ 65 % de l’effet de serre. Le forçage radiatif du CO2 est évalué à 1,4W/m2.Il existe une corrélation entre l’augmentation du CO2 et l’augmentation de la température (Barrette, 2002).

La chronologie de cette augmentation pourrait être compatible avec la chronologie de l’utilisation des combustibles fossiles…

Un calcul précède la construction du modèle

Construction du modèleConstruction du modèle

Moyenne annuelle du CO2 à Mauna-Loa

• En 1991 : 355,7ppmv

• En 2001 : 370,9ppmv

Quantité de Carbone dans l’atmosphère

• En 1991 : 754 Gt de C

•En 2001 : 787

Modèle à 1 compartimentModèle à 1 compartiment

Peut-on estimer l’impact de la combustion des carburants fossiles sur la composition de l’atmosphère entre 1991 et 2001?

Fichier xls

au lieu de 818 Gt de C

Un modèle simple à un compartiment fermé Peut-on estimer l’impact de la combustion des carburants

fossiles sur la composition de l’atmosphère depuis 1780?

Voir le modèle à un compartiment sur 220 ansVoir le modèle à un compartiment sur 220 ans

Deux conclusions s ’imposent : L’apport de Carbone lié à la combustion des carburants fossiles n’est pas négligeable

–64 Gt entre 1991 et 2001

–283 Gt de C depuis 1780 pour un réservoir de 600 Gt.

Du CO2 disparaît de l’atmosphère –Sur les 64 Gt de C d’origine anthropique émis entre 1991 et 2001, il n’en reste plus que 33Gt–Il existe des phénomènes d ’atténuation dont il importe d ’évaluer l ’importance .

La biosphère végétale avec la photosynthèse pourrait être impliquée dans ce phénomène d’atténuation

Les océans pourraient aussi être impliqués dans la séquestration du carbone.

Deux hypothèses

Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges AtmosphèreBiosphère?

Les banques de données internationales du réseau WDCGG

Les informations acquises au laboratoire (expérimentation) ainsi que celles fournies par les banques de données (FLUXNET) sont utilisées lors de la construction du modèle…

La biosphère a-t-elle pu séquestrer une partie

du carbone anthropique?

Voir le modèle à 2 compartiments

Voir le modèle à 3 compartiments

La biosphère a-t-elle joué le rôle d’un puits

de carbone depuis 1780?

Voir le modèle à 3 compartiments : atmosphère-biosphère-solsVoir le modèle à 3 compartiments : atmosphère-biosphère-sols

L’hydrosphère a-t-elle joué le rôle d’un puits

de carbone depuis 1780?

Modèle à 3 compartiments : atmosphère-océan surf- océan profModèle à 3 compartiments : atmosphère-océan surf- océan prof

Le cycle du carbone complet et la résolution du problème posé…

Où est passé le CO2 d’origine anthropique? Quelle est la responsabilité de l’Homme dans le réchauffement climatique?

Modèle complet à 5 Modèle complet à 5 compartimentscompartiments

Pour conclure •L’apport de Carbone lié à la combustion des carburants fossiles n’est pas négligeable 283 Gt de C depuis 1780 pour un réservoir de 600 Gt. L’élévation de la teneur en CO2 d’origine anthropique est bien impliquée dans le réchauffement climatique actuel.

•Deux phénomènes sont venus atténuer ces effets anthropiques:– Du CO2 a été séquestré dans la biosphère : effet de fertilisation carbonée.

– Du CO2 s’est dissous dans les océans froids.

•Pour le futur si les émissions de CO2 se poursuivent, comment se comporteront la biosphère et l’hydrosphère ?

- Cycle du carbone et climats du futurModèle exploitant les prévisions du GIECModèle exploitant les prévisions du GIECModèle en ligne sur internet : JavaClimatModelModèle en ligne sur internet : JavaClimatModel

Réchauffement climatique… de nouveaux indices!