« Modélisation du cycle du carbone et impact climatique »

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

2. 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 …

3. Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges AtmosphèreBiosphère?

4. L’élève qui modélise interroge les banques de données internationales … Il interroge les banques de données internationales du réseau WDCGG

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

6. L’élève qui modélise fait des observations à différents niveaux Il découvre le réservoir biosphérique 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.

7. 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.

8. Évaluation des surfaces et des biomasses avec mesurim. 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. Feuille de calcul Site de la NOAA

9. Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges AtmosphèreHydrosphère?

10. L’élève qui modélise expérimente Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges atmosphèrehydrosphère? • 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.

11. Existe-t-il des preuves de l’existence d’échanges AtmosphèreLithosphère?

12. L’élève qui modélise le cycle long réalise des expériences L’élève va estimer la masse de Carbone dans un échantillon de poudre de craie Exemple de résultat : 19,5 mL Feuille de calcul

13. Aide avec une feuille de calcul

14. Estimation d’un réservoir carbonaté :le crétacé du Bassin Parisien. Évaluation des surfaces puis des volumes de craie …

15. Estimation de la surface d’une strate avec Mesurim 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.

16. Le Carbone stocké le Crétacé du Bassin Parisien Feuille de calcul

17. Comment détermine-t-on la concentration en CO2à différentes étapes de l’histoire de la Terre?

18. 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.). Etalonnage sous atmosphère contrôlée en CO2. Feuille de Ginkgo fossile Travaux élèves : Mesurer indirectement la quantité de CO2 atmosphérique actuelle. Résultats obtenus pour le Paléocène et l’Eocène

19. Modélisation et activité de l’élève • 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. • 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.