« Modélisation du cycle du carbone et impact climatique »

Équipe de recherche INRP

De l’académie d’Orléans-Tours

ERTé ACCES

Jacques Barrère et Thierry Lhuillier

Formation TICE des IA-IPR de SVT : 20 et 21 septembre 2006

Le travail de modélisation

Le travail de l'élève qui modélise • Il combine les outils de modélisation avec des

observations du monde réel. – Il fait des observations, – Il effectue des mesures ou consulte les données du

chercheur (banques de données),

• Il construit "pas à pas" un modèle. – A chaque étape, il formule des hypothèses qu’il teste.

La validation du modèle par des simulations permet de comparer les valeurs calculées aux valeurs mesurées.

Concrètement …

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

AtmosphèreBiosphère?

L’élève qui modélise interroge les banques de données internationales …

Il interroge les banques de données internationales du réseau WDCGG

•L’élève expérimente et il interroge les banques de données FLUXNET •L’élève met en relation toutes ces informations lors de la construction du modèle.

L’élève qui modélise expérimente…Quelle est la nature des échanges gazeux entre la biosphère et l’atmosphère?

L’élève qui modélise fait des observations à différents niveaux

• Au niveau cellulaire : le stockage du carbone dans un grain d’amidon

• Au niveau d’un écosystème la biomasse (végétale) d’un champ de maïs.

• Au niveau d’un continent : la biomasse totale.

Il découvre le réservoir biosphérique à différents niveaux…

L’élève qui modélise fait des mesures sur le terrain…

• Au niveau cellulaire : le stockage du carbone dans un grain d’amidon

• Au niveau d’un écosystème : la biomasse (végétale) d’un champ de maïs.

• Au niveau d’un continent : la biomasse totale.

Résultat :•Densité : 75 000 pieds/ha•Masse d'un pied de maïs : 213g•Masse sèche totale : 15,982t de MS/ha par an (18 kg de grains semés)•Masse de carbone séquestrée par le maïs : 9,27t de C/ha au cours de la campagne.

L’élève qui modélise interroge les BDD

• Au niveau cellulaire : le stockage du carbone dans un grain d’amidon

• Au niveau d’un écosystème : la biomasse (végétale) d’un champ de maïs.

• Au niveau d’un continent : la biomasse totale.

Site de la NOAA

Évaluation des surfaces et des biomasses avec mesurim.

Feuille de calcul

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

AtmosphèreHydrosphère?

L’élève qui modélise expérimente

•L’élève expérimente et interroge les banques de données (Site de l’université de Colombia).•L’élève met en relation toutes ces informations lors de la construction du modèle.

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

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

AtmosphèreLithosphère?

L’élève qui modélise le cycle long réalise des expériences

Exemple de résultat : 19,5 mLFeuille de calcul

L’élève va estimer la masse de Carbone dans un échantillon de poudre de craie

Aide avec une feuille de calcul

Estimation d’un réservoir carbonaté :le crétacé du Bassin Parisien.

Évaluation des surfaces puis des volumes de craie …

Image 1 : les strates du tertiaire.

Image 2 : les strates du crétacé et du tertiaire.

Image 3 : les strates du crétacé.

Image 4 : l’estimation de la surface du crétacé.

Estimation de la surface d’une strate avec Mesurim

Le Carbone stocké le Crétacé du Bassin Parisien

Feuille de calcul

Comment détermine-t-on la concentration

en CO2

à différentes étapes de

l’histoire de la Terre?

L’élève va mesurer l’indice stomatique et de déduire la concentration en CO2

Mesurer indirectement la quantité de CO2 atmosphérique passée (d’après Royer et al.).

Feuille de Ginkgo fossile

Etalonnage sous atmosphère contrôlée en

CO2.

Résultats obtenus pour le Paléocène et l’Eocène

Travaux élèves : Mesurer indirectement la quantité de CO2 atmosphérique actuelle.

Modélisation et activité de l’élève1. En construisant pas à pas son modèle, l’élève

– faits des observations,– consulte les données des chercheurs (BDD), – fait des mesures (EXAO)

A chaque étape:– il formule des hypothèses qu’il teste, – il valide son modèle en comparant les valeurs modélisées aux valeurs

mesurées.

En modélisant, l’élève simplifie le réel grâce à la visualisation des entités, de leurs propriétés et de leurs relations. La visualisation est cruciale pour les élèves : elle favorise la transition du raisonnement sur les objets au raisonnement sur les concepts abstraits.

2. En mode simulation, l’élève est invité à :– noter ses prédictions et ses interprétations, – rechercher des mesures d’atténuation et à les tester : il prend ainsi

conscience de ses actions.