Situations d`évaluation des capacités expérimentales SVT

TP : Effet de serre et climat
Mise en situation et recherche à mener
En raison de sa distance au soleil et sans atmosphère, la température théorique moyenne de la Terre serait de -18°C. Or la Terre possède une atmosphère qui
agit comme une serre et permet d'établir une température moyenne de surface mesurée de +15°C favorable à la vie. Cette température moyenne augmente
aujourd'hui : à l'effet de serre naturel s'ajoute un effet de serre additionnel lié aux activités humaines à l'origine d'un réchauffement climatique global.
On cherche à expliquer les effets de serre naturel et additionnels et réaliser une modélisation du climat de demain
Capacités évaluées en situation d'apprentissage :
Matériel
• Exploiter des résultats en utilisant les techniques de l'information et de la
communication
 Animation effet de serre
 Logiciel Simclimat
• Raisonner avec rigueur
• Recenser, extraire et organiser l'information
• Communiquer dans un langage scientifiquement approprié
ATELIER 1 : Effet de serre naturel et additionnel
Tâche complexe :
En utilisant les fonctionnalités de l'animation « L'effet de serre », vous expliquerez, après avoir présenté la nature du rayonnement solaire ainsi que la
raison de l'existence d'une atmosphère enveloppant la Terre, le phénomène de l'effet de serre naturel dans le cadre du bilan radiatif du système Soleil -
Terre – Atmosphère jusque dans sa composante moléculaire en appuyant votre propos sur des valeurs chiffrées. Vous exposerez enfin les causes et
conséquences de l'effet de serre additionnel.

Aide à la démarche de résolution :
Partie 1
1. Visionner cette partie en rappel de la situation d'appel de cette activité.
Partie 2
2. Citer les différents types de rayonnements issus du Soleil.
3. Relever la relation entre atmosphère et masse terrestre.
4. A l'aide du diaporama interactif et en progressant à votre rythme, compléter le tableau ci-dessous avec les différents éléments du bilan radiatif système Soleil
- Terre - Atmosphère, valeurs à l'appui :
Devenir du rayonnement solaire
Devenir du rayonnement terrestre
-
-
-
-
5. Préciser le mode d'action des gaz à effet de serre vis à vis des rayonnements infrarouges réémis par la Terre expliquant la conservation de chaleur dans
l'atmosphère ainsi que leur part dans le phénomène.
Partie 3
6. Citer les calculs de bilan radiatif au sommet de l'atmosphère et au sol, puis expliquer la signification du déséquilibre ainsi mis en évidence entre la quantité
d'énergie reçue du soleil et la quantité d'énergie réémise par le couple Terre-Atmosphère.
7. Indiquer les causes et les conséquences de cet effet de serre additionnel.
Apports de savoir-faire :

Apports de connaissances :
Se référer aux documents de la rubrique « Ressources complémentaires » ci-dessous.
Ressources complémentaires
Les deux articles associés sur le site de Météo-France pour explorer les sources de l'animation :
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=12601&document_id=22603&portlet_id=58725
et pour réaliser un modèle analogique de l'effet de serre :
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=12601&document_id=22756&portlet_id=58725
Un logiciel pour modéliser de façon simple le bilan radiatif de la Terre :
http://education.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?page_id=14569&document_id=25411&portlet_id=76713
Sur le site Planet Terre :
L'article de Jean-Louis Dufresne sur l'effet de serre
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-effet-de-serre.xml
et
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-gaz-effet-serre.xml
A lire aussi les commentaires de chercheurs sur la modélisation analogique de l'effet de serre dans l'article de Benoît Urgelli du 10 juillet 2000 :
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-explication-effet-de-serre.xml
et
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/acces_pro/voir_xml?url=xmldb:exist://ilafegh.ens-lyon.fr/db/planetterre/metadata/profs/LOM-critique-tp-co2atm.xml

ATELIER 2 : Climats actuel et futur
Les travaux des chercheurs au sein du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec) dont le dernier rapport est paru en 2007
aboutissent à un consensus sur la réalité du réchauffement climatique au cours des cent dernières années et sur le fait que sa cause est très vraisemblablement –
avec une probabilité supérieure à 90 % – et essentiellement due à une augmentation des gaz à effet de serre d’origine humaine
Activité 1 : Mise en évidence du rôle des gaz à effet de serre
Manipulation :
1. Nouvelle simulation. Choisir : « à partir de 1750 » « durant 500 ans ».
Les paramètres sont par défaut les valeurs actuelles. Lancer la simulation.
2. Superposer une nouvelle simulation. Valider les mêmes options.
Choix des paramètres : « Concentration ou émission de CO2 »- « Fixer la concentration de CO2 -autre : 0»
3. Superposer une nouvelle simulation. Valider les mêmes options.
Choix des paramètres : « Rétroactions climatiques »-«Vapeur d’eau - Débrancher la rétroaction –autre : 0»
4. Imprimer les graphiques
Question 1 : Utilisez le logiciel Simclimat pour montrer les effets des variations de concentrations du CO2 et de la vapeur d’eau dans l’air sur la
température moyenne de la planète à partir de la situation en 1750 où les émissions anthropiques étaient inexistantes
Activité 2 : Le climat du futur
Testons trois scénarios :
1. Les émissions anthropiques de CO2 continuent à être émises au même rythme durant les 100 prochaines années.
2. Elles n’augmentent plus à partir de 2007.
3. Elles sont multipliées par deux à partir de 2007.
Manipulation :
1. Nouvelle simulation. Choisir : « à partir de 1750 » « durant 100 ans ».
Les paramètres sont par défaut les valeurs actuelles. Lancer la simulation.
2. Superposer une nouvelle simulation. Valider les mêmes options.
Choix des paramètres : « Concentration ou émission de CO2 »- « Fixer les sources et les puits de CO2»-«Sources de CO2 : émissions anthropiques nulles ».
3. Superposer une nouvelle simulation. Valider les mêmes options.
Choix des paramètres : « Concentration ou émission de CO2 »- « Fixer les sources et les puits de CO2»-«Sources de CO2 : émissions anthropiques : deux fois
plus fortes qu’aujourd’hui ».
4. Imprimer les graphiques
Question 2 : Exploitez les simulations pour décrire l’évolution de la température, des émissions de CO2 et du niveau de la mer selon les scénarios
envisagés.