Niveau

Cycle 4 / Terminale enseignement scientifique

Contenu notionnel

Cycle 4 :

• Les changements climatiques actuels : l’influence des activités humaines sur le climat notamment par l’émission de gaz à effet de serre.
• Relier les connaissances scientifiques sur les risques liés aux activités humaines (pollution de l’air et des mers, réchauffement climatique, montée du niveau des océans…) aux mesures de prévention, de protection, d’adaptation, ou d’atténuation.

Terminale enseignement scientifique :

• Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches. Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (tonne/an). Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque les flux sont équilibrés.
  
  
• Le réchauffement climatique global (environ +1°C) depuis un siècle et demi est la réponse du système climatique à l’augmentation du forçage radiatif (différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise) due aux émissions de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère, en particulier le CO₂.
  
  
• L’analyse scientifique combinant observations, éléments théoriques et modélisations numériques permet aujourd’hui de conclure que l’augmentation de température moyenne depuis le début de l’ère industrielle est liée à l’activité humaine : CO₂ produit par la combustion d’hydrocarbures, la déforestation.

Description de l’activité

Cette activité de classe est construite à partir d'une publication de la NASA du 16 juin 2023 qui propose une modélisation de l’ensemble des flux de CO₂ mondiaux au cours de l’année 2021.

https://svs.gsfc.nasa.gov/5110

Remarque : chacune des modélisations peut être visualisée en ligne ou téléchargée selon différentes résolutions (la plus haute résolution est conseillée afin de mieux visualiser).

Les différents clips présentent chacun la même modélisation informatique, mais sous un angle différent.

Modélisations centrées sur les continents américain, africain et sur l'Australie

Ils permettent de visualiser les émissions de CO₂ à l’échelle de la planète colorées en fonction de leur origine.

• Les combustibles fossiles en orange
• La combustion de la biomasse en rouge
• Les écosystèmes terrestres en vert
• L'océan en bleu.

Les points sur la surface montrent comment le dioxyde de carbone atmosphérique est également absorbé par les écosystèmes terrestres en vert et l'océan en bleu.

L’enregistrement a été réalisée sur une année :

• De 0’’ à 30’’ : de janvier à fin avril
• De 30’’ à 1’ : de mai à fin août
• De 1’ à 1’30’’ : de septembre à décembre

En outre, le dernier clip est une évaluation quantitative des flux entrants et sortants de l’atmosphère au cours de l’année 2021.

Balance des flux de CO₂ entrants et sortants de l'atmosphère 

En terminale enseignement scientifiques, ce corpus de documents permet aux élèves de se questionner sur la construction de cette modélisation (choix des couleurs, des figurés, du point de vue), sur l’origine des différents flux (naturel/d’origine anthropique) et leur compensation partielle. L’intérêt principal réside dans la possibilité de visualiser des rejets de CO₂ liés aux activités humaines, ces derniers étant par nature invisibles et d’étudier leur évolution spatiale à l’échelle du monde en lien avec la problématique actuelle du réchauffement climatique terrestre.

Au cycle 4, l’objectif scientifique est évidemment plus modeste. Il consiste à identifier une source de pollution atmosphérique (CO₂) principalement dans l’hémisphère nord (la population y étant la plus nombreuse) et à montrer qu’elle devient globale en raison des mouvements atmosphériques.

Durée

15 minutes à une heure suivant les objectifs poursuivis

Modalités

Un travail en ateliers paraît pertinent, en particulier en terminale enseignement scientifique. Voici un questionnement possible proposé aux élèves.

Groupe 1 : les émissions de CO₂ d’origine anthropique

À partir de l’étude de la modélisation au niveau du continent africain :

• Identifier 2 sources anthropiques de CO₂
• Déterminer l'origine géographique principale de la production de CO₂ et en proposer une ou plusieurs explications à tester à partir de recherches complémentaires sur Internet.
• Expliquer alors la « couverture progressive » du continent africain au cours de l’année.

Groupe 2 : les émissions naturelles de CO₂

À partir de l’étude de la modélisation au niveau du continent africain, américain ou de l’Australie :

• Proposer une explication à la modélisation de l'absorption de CO₂ visualisée sous forme de flashs au niveau des océans et des continents.
• Proposer une explication à l'absence d'extension des émissions de CO₂ naturelles sur l'ensemble du globe au cours de l'année.

Groupe 3 : l’évaluation quantitative des rejets de CO₂ d’origine anthropique

À partir de l’étude des histogrammes dynamiques :

Montrer que sur l’ensemble de l’année 2021, les écosystèmes terrestres et marins sont capables d’absorber environ la moitié des émissions de CO₂ d’origine anthropique.

Mise en commun

Quel intérêt présente cette modélisation scientifique ?

Auteur

Mathieu Goirand

Mail professionnel : prénom.nom@ac-aix-marseille.fr