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TP 8 Hypothèses pour 4 profils de rechauffement climatique avec Modsim cycle du carboneAtmosphère,hydrosphère, climats :du passé à l'avenir

Problématique scientifiqueLa tendance au réchauffe-ment climatique observée depuis un peu plus d’un siècle pose le problème de la démarche scienti-fique pour étudier l’évo-lution des climats pour le siècle à venir. Pour cette approche prospective, les scientifiques utilisent des modèles qui peuvent, en fonction des hypothèses émises, produire une évo-lution possible du climat.Dans son dernier rapport spécial, le GIEC oriente le travail de la communauté scientifique à l’élaboration de modèles permettant la simulation de quatre profils d’évolution de la concentration (RCP) en gaz à effet de serre, chaque profil est associé à une concentration atmosphé-rique en CO

2 pour 2100.RCP 8,5 : [CO2] > 920 ppm, RCP 6 : [CO2] 650 ppm, RCP 4,5 : [CO2] 520 ppm, RCP 3 : [CO2] 400 ppm.Étudier quelques profils. Pour chacun, présenter : - Les hypothèses retenues,- [CO2] de l’atmosphère,- La température moyenne

de la Terre.- La valeur de l’émission

de CO2 due aux activités humaines.

Mode opératoire

Avant le TP

Pendant le TP

1. Élaborer une stratégie d’investigation adaptée au sujet de recherche.

2. Modélisation. Construire et évaluer un modèle du cycle du carbone.

3. Simulation. Utiliser le modèle construit.3.1. Scénario. Choisir des hypothèses pour construire

les différents scénarios. - Quelle sera la population mondiale ? - Quelle sera la consommation en énergie

primaire par habitant ? - Quelles seront les énergies utilisées ? - Y aura-t-il eu la mise en place de puits de

carbone?

3.2. Simuler les scénarios.3.3. Faire une étude critique des simulations pour

modifier les hypothèses et élaborer de nou-veaux scénarios.

4. Collecter les données fournies par la simulation des scénarios retenus pour répondre aux ques-tions de l’énoncé du sujet de recherche.

Les prévisions de climat pour 2100 sont liées à trop de paramètres pour aboutir à une évolution plus probable qu’une autre. Cela justifie une approche scientifique basée sur la simulation d’une panoplie de scénarios.

Présentation du contexte. Le réchauffement climatique observé depuis l’ère industrielle et le questionnement relatif à son évo-lution.Présentation de la démarche. Aborder le paradoxe d’une approche scientifique de la prédiction du climat pour le siècle à venir pour exposer la démarche scientifique adoptée : construire un modèle pour l’utiliser comme simu-lateur.

Présentation rapide des fonctionnalités du logiciel :- Construire un modèle du cycle du carbone (rappel

de la seconde). - Valider le modèle- Utiliser le modèle comme simulateur.- Construire et simuler des scénarios. Mode opéra-

toire avec le logiciel.Les vidéos de présentation du logiciel disponibles sur le site Jeulin.fr peuvent assurer une partie de cette présentation.

Construire et évaluer un modèle de cycle du carbone

Simuler et comparer les scénariosConstruire des scénarios

Scénario et cycle du carbone

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Modsim Cycle du Carbone Réf. 835 238

T SleTP 8 Hypothèses pour 4 profils de rechauffement climatique avec Modsim cycle du carboneRésultats et exploitations

En résumé

État initialAu début de la simulation, la concentration atmosphérique en CO2 est de 391 ppm, les émis-sions de CO2 dues aux activités humaines sont de 11 GtC/an. La température moyenne de la Terre est de 15 °C.

Simulation pour 2100RCP 8,5 : [CO2] > à 920 ppmUn seul scénario répond à cette valeur.

Hypothèses du scénario • 15 milliards d’habitants (+ 9) • Consommation d’énergie. 90 % de la population consomme plus de 4 TEP/habitant/an. • 70% de l’énergie provient des énergies fossiles. Puits de carbone : aucun. Résultats de la simulation : situation en 2100 Émissions de CO2 : 54 GtC/an Concentration atmosphérique en CO2. Augmentation: + 690 ppm, soit environ 1080 (391 + 690) ppm Température : Augmentation : +6,8 °C. Moyenne pour la Terre : 15 + 6,8 = 21,8 °C

RCP 4,5 : [CO2] environ 520 ppmPlusieurs scénarios sont compatibles avec ce profil.

Hypothèses du scénario Hypothèses indispensables pour tous ces scénarios : • 85 % de l’énergie est assurée par des énergies zéro carbone • Puits de carbone : Puits forestiers + stockage géologique. Exemple de scénario compatible avec ce profil. Scénario d’une forte consommation d’énergie primaire : • 15 milliards d’habitants (+9) • Consommation d’énergie. 90 % de la population consomme plus de 2 TEP/habitant/an. Résultats de la simulation : situation en 2100 Émissions de CO2 : -2 GtC/an (stockage > émissions) Concentration atmosphérique en CO2. Augmentation: +131 ppm, environ 520 (391+131) ppm Température : Augmentation : +1,3 °C. Moyenne pour la Terre : 15 + 1,3 = 16,3 °C

RCP 3 : [CO2] environ 400 ppmAvec ce modèle, aucun scénario n’approche cette valeur

Hypothèses du scénario le plus proche • 7 milliards d’habitants (+ 0,7) • Consommation d’énergie. 50 % de la population consomme moins de 2 TEP/habitant/an • 85 % de l’énergie est assurée par des énergies zéro carbone • Puits de carbone : Puits forestiers + stockage géologique. Résultats de la simulation : situation en 2100 Émissions de CO2 : -6 GtC/an (stockage > émissions) Concentration atmosphérique en CO2. Augmentation: +51 ppm, soit 391 + 51 = environ 440 ppm Température : Augmentation : +0,5 °C. Moyenne pour la Terre : 15 + 0,5 = 15,5 °C

Plusieurs conclusions peuvent être déga-gées avec ce modèle.1- La solution du laisser faire (RCP 8,5) pro-

duit des émissions importantes de CO2 qui vont plus que doubler la concentra-tion du CO2 atmosphérique actuelle et provoquer une importante augmenta-tion de température.

2- Pour limiter les émissions de gaz à effet de serre, deux paramètres apparaissent comme fondamentaux (RCP 4,5 et RCP 3)

• Le remplacement des énergies fossiles par des énergies zéro carbone qui de-vraient assurer 85 % de la production d’énergie.

• La mise en œuvre de puits de carbone : puits forestiers et stockage géologique.

Ces choix dépendent des solutions techno-logiques alternatives aux énergies fossiles et de la volonté de les mettre en œuvre à l’échelle globale.

Ces conclusions restent cependant provi-soires tant qu’elles ne sont pas corroborées par la simulation de scénarios semblables avec d’autres modèles.

Trucs et astucesLes bilans pour 2100 présen-tent l’évolution par rapport à 2010.Ajouter la valeur de 2010 pour connaître la concentra-tion en CO2 atmosphérique ou la valeur de la tempéra-ture moyenne en 2100.Le bilan du flux de CO2 «Acti-vités humaines » peut deve-nir négatif quand le stockage du CO2 est supérieur aux émissions.Construire un scénario iden-tique mais sans stockage pour connaître les émissions.La simulation prend en compte tous les gaz à effet de serre, et pas seulement le CO2.

Pour aller plus loin

D’autre TP réalisables avec ModSim cycle du carbone En terminales spécialité- Des hypothèses pour 4 profils de réchauffe-

ment climatique - Incidences du réchauffement climatique :

climat, écosystèmes, océans, glaces…- Quels climats pour 2100 ?Description des profils de réchauffement cli-matique GIEC. Élaboration de nouveaux scé-narios destinés à analyser les émissions, les changements climatiques, les incidences et les stratégies de parade. Résumé technique :http://www.ipcc.ch/pdf/supporting-material/expert-meeting-ts-scenarios-fr.pdf

En seconde- Modélisation du cycle du carbone.- Simulation : évolutions possibles des ré-

serves des énergies fossiles.- Simulation : évolutions possibles du taux de

CO2 atmosphérique.- Simulation : limiter les émissions de CO2.

Voir aussi sur Jeulin.fr- La vidéo de présentation du logiciel.- La vidéo de présentation de ce TP.

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