type de travail (individuel, groupe…)

rôle du prof (P) /rôle de l'élève (E)

Gestion du temps

Ressources

1. problématisation/dévolution

Articulation avec les séances précédentes

- L’étude des conceptions des élèves sur le cycle du C a fait émerger un modèle possédant un seul compartiment : l’atmosphère.

- les élèves ont étudié au cours des séances précédentes les caractéristiques du flux entrant de CO₂ ainsi que celles du compartiment atmosphère (voir connaissances nécessaires)

Collectif

Le professeur permet de mobiliser des résultats et connaissances obtenus au cours de séances précédentes et permettant de motiver l’intérêt de la construction d’un modèle numérique du cycle du carbone.

Formulation du problème par le professeur

10 mn

- Graphe de l’étude de la température et des émissions de CO₂ en fonction du temps.

- Schéma bilan des mécanismes de l’effet de serre.

- Affiche présentant le modèle du cycle du C qui fait consensus dans la classe : un réservoir (atmosphère), un flux entrant (émissions de CO₂ liées aux activités

Motivation

Être capable de calculer la teneur de l’atmosphère en CO₂ pour des périodes futures et ainsi pouvoir faire des prévisions sur le réchauffement climatique.

Formulation du problème -Délimitation du problème à résoudre

Comment calculer l’évolution de la teneur de l’atmosphère en CO₂  pour une période donnée ?

Construire un modèle numérique du cycle du carbone pour une période restreinte : 1991 – 2000.

Explicitation du/des modèles scientifiques en jeu

Le cycle du carbone met en jeu un modèle à compartiments (réservoirs et flux)

2. Recueil et traitement d'information

Activités d’investigation

1. Paramétrer le modèle : Identifier les données nécessaires à la construction du modèle (teneur initiale de l’atmosphère en CO2, émission de CO2 pour la période étudiée), rechercher ces données dans des travaux menés précédemment et les organiser dans le cahier de bord.

Groupe de 4

Puis bilan collectif

L’enseignant rappelle que les élèves ont  toutes les données nécessaires au travail de paramétrage dans les travaux conduits précédemment, les élèves ont en charge de les retrouver.

20 mn

Cahier de bord et documents accessibles depuis le site de travail collaboratif :

- bdd des émissions de CO2 entre 1780 et 2000

- Teneur de l’atmosphère en CO2 entre 1991 et 2000 en différents points du globe

- convertisseur masse de C (Gt) – teneur en CO2 (ppm)

2. Construire le modèle avec le logiciel Vensim et simuler pour éprouver le modèle

Groupe de 4 :

2 binômes possédant chacun un ordinateur

Collectif

Le binôme construit son modèle numérique et identifie les problèmes soulevés par cette construction :

 - cohérence des unités.

-  nécessité de confronter les valeurs de la simulation aux valeurs mesurées sur le terrain pour valider le modèle. 

Le professeur laisse le temps aux élèves de se confronter aux problèmes soulevés et de chercher des éléments de solution.

Les solutions sont décidées collectivement.

50 mn

- Logiciel Vensim

- Fiche technique d’utilisation du logiciel

- cahier de bord : valeurs nécessaires au paramétrage du modèle

3. Modifier le modèle

- Mettre en forme les résultats de la simulation : légender et titrer le graphe.

- Proposer une hypothèse explicative aux écarts observés entre les valeurs calculées et mesurées.

- Modifier en conséquence le modèle dans Vensim

Groupe de 4 :

(2 binômes- 2 ordinateurs)

Collectif

Les groupes travaillent en autonomie pour s’approprier les résultats de la simulation et émettre une hypothèse, puis pour modifier leur modèle numérique.

Des bilans intermédiaires permettent d’effectuer des choix collectifs argumentés.

30 mn

- Impression des courbes obtenues : valeurs de CO₂ mesurées et calculées pour la période entre 1991 et 2000

- modèle à 1 compartiment construit avec le logiciel Vensim

- Fiche technique

Eléments permettant l'autocontrôle

- Confrontation du travail réalisé par les 2 binômes au sein d’un groupe de 4 élèves.

- Résultats des simulations :

- si le modèle est mal paramétré le logiciel refuse la simulation : choix cohérent des unités, oubli de paramétrage.

- La modification du modèle doit permettre d’obtenir une simulation qui réduise l’écart entre les valeurs calculées par le modèle et les valeurs mesurées sur le terrain.

connaissances nécessaires

- Utilisation technique du logiciel Vensim

- Formalisation d’un modèle à compartiments : notion de réservoirs (ou compartiment), de flux … Connaissance construite au préalable par l’étude du remplissage d’une baignoire avec ou sans flux sortant.

3. production/communication

Type de production

Modèle numérique du cycle du C construit avec le logiciel Vensim qui permette de simuler l’évolution de la teneur de l’atmosphère en CO₂ pour la période étudiée.

Type de destinataire

Etapes intermédiaires : autre binôme du groupe.

Final : Professeur

Critères de réussite

Le modèle numérique doit permette de simuler l’évolution de la teneur de l’atmosphère en CO₂ pour la période étudiée. L’écart entre les valeurs calculées par le modèle et les valeurs mesurées sur le terrain doit être le plus faible possible.

4. Institutionnalisation

bilan intermédiaire

Durant les différentes activités d’investigation, des bilans intermédiaires permettent de valider des propositions d’élèves et de faire des choix collectifs.

collectif

Elève et professeur

10 mn

Bilan final

Le CO₂ émis par les activités humaines ne s’accumule pas en totalité dans l’atmosphère. Il existe un flux sortant de CO₂ qui représente environ la moitié du CO₂ entrant.