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Modélisation du cycle du carbone à long terme et impacts climatiques

Équipe de recherche INRP De l’académie d’Orléans-Tours

ERTé ACCES

Marie-José Broussaud, Jacques Barrère

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La place du thème dans l’enseignement des SVT

• Le thème « modélisation du cycle du carbone à long terme» trouve sa place dans l’enseignement des SVT:– En seconde : Le cycle du CO2

– 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. • Les variations du niveau de la mer

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Hydrosphère Atmosphère Biosphère Roches carbonatées Roches carbonées

38000 600  2200 30.106  10. 106

Importance des différents réservoirs de carbone (masses en gigatonnes de carbone). 1 Gt =109 tonnes = 1012 kg

Les échanges entre réservoirs peuvent être représentés de façon simplifiés par sept flux résultant de sept phénomènes majeurs :

Flux De Vers  Valeur actuelle en Gt/an

photosynthèse Atmosphère biosphère 110

respiration  biosphère atmosphère 110

dissolution atmosphère hydrosphère 100

relâchement hydrosphère atmosphère 100

altération/sédimentation des carbonates

hydrosphère lithosphère 0.1

volcanisme  lithosphère atmosphère 0.1

activités humaines lithosphère atmosphère 7

Du cycle court au cycle long

correction

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Résultat

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Du cycle court au cycle long …

Système superficielLes échanges de carbone entre l'océan, l'atmosphère, la biosphère sur le long terme, sont "à l'équilibre" ce qui permet de les regrouper dans un seul compartiment nommé "Système superficiel".

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L’impact du volcanisme dans le cycle du carbone

Problématique : Le volcanisme est-il une source

importante de CO2 ?

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Le volcanisme est une source importante de CO2

Problème :Quel(s) puits et quel(s) compartiment(s) faut-il ajouter à cette

modélisation pour équilibrer le modèle ?Les informations acquises au laboratoire (expérimentation)

permettront de résoudre le problème.

Estimation de la masse de carbone dans une couche géologique

Estimation de la masse de Carbone dans un échantillon de poudre de craie

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Le modèle du chercheur pour résoudre un problème

Adaptation du modèle de Dave BiceCarleton College, Minnesota

Problème : Quel peut-être l’impact de l'expansion océanique sur le climat ?

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Complexification du modèle: prise en compte du niveau marin

Problème : Quelle est l'influence de la vitesse d'expansion océanique sur le niveau marin ?

Fischer 1984

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Un modèle adapté de GEOCARB II

• Le modèle est basé sur les séries GEOCARB II publiées par Berner en 1994 (Yale University, Connecticut)

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Esprit du modèle

John T Snow université d' Oklahoma

• Modèle conçu pour simuler les temps depuis 0 (début du cambrien) jusqu'à 600 Ma (présent).

• L'ambition du modèle n'est pas de "prédire" le CO2 au cours du passé géologique, mais d'examiner la sensibilité du modèle aux facteurs biologiques et géologiques

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… Aller plus loin avec le modèle adapté de BERNER

Réservoirs lithosphériques

5 flux

Réservoir superficiel

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Le modèle de Berner …

L'ambition du modèle n'est pas de "prédire" le CO2 au cours du passé géologique, mais d'examiner la sensibilité du modèle aux facteurs biologiques et géologiques

Utilisation du modèle de référence pour comprendre certains évènements climatiques passés :

• L'évolution du climat du Silurien au Permo-Carbonifère – L'émergence de la chaîne Himalayenne et le cycle du carbone.– L’impact des végétaux vasculaires sur le cycle du carbone.– L’enfouissement de la MO et son impact sur le climat.