Mod

1
Modéliser, simuler, manipuler pour comprendre les
conséquences des rejets anthropiques de carbone
sur leffet de serre
M. Prieur- E. Sanchez- J. Barrère
2
Contexte de recherche

• Analyse des pratiques de modélisation en
  géosciences
• ACCES
• Équipe de didactique des sciences de la terre
• modèles, modélisation, simulation et écoles
  de terrain
• Modélisation climatique- Banques de données SIG
• modélisation du cycle du carbone et ses
  impacts climatiques
• EducTice
• TICE, didactique des disciplines,
  démarche dinvestigation

3
Modéliser, simuler quels rôles pour le
chercheur ?

• Simuler
• pour éprouver un modèle
• pour définir son domaine de validité
• pour établir des prévisions

Réel
(Buty 2000, Vince 2000, Beaufils 2000)
4
Questions de recherche

• Quel(s) type(s) de situations doit-on mettre en
  place pour que les activités de modélisation et
  de simulation sinscrivent dans un travail
  dinvestigation scientifique et que le modèle
  scientifique puisse jouer son rôle dinstrument
  pour cette investigation ?
• Quels apprentissages les activités de
  modélisation et de simulation permettent-elles ?
• Quelles difficultés les élèves rencontrent-ils
  lors de la conduite de telles activités ?

5
Hypothèses de recherche
Modèle théorique

• Expliciter le modèle en jeu

• Instrumenter le travail dinvestigation

Environnement de simulation

• Donner une place au réel

• Faire évoluer un modèle initial

Réel
la modélisation et la simulation comme des
étapes de linvestigation scientifique (van
Joolingen 2007)
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Méthodologie de la recherche une ingénierie
didactique

• Analyse à priori de la place de la modélisation
  et simulation dans lenseignement du cycle du
  carbone
• Identification des activités-élèves de
  modélisation et de simulation
• Relevé et analyse des traces de lactivité des
  élèves (productions, enregistrement audio, vidéo)

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Dévolution du problème
Lhomme est-il responsable de laugmentation des
GES et donc du réchauffement climatique ?
Construire un modèle numérique à compartiment du
cycle du carbone
8
Identifier caractéristiques et propriétés dun
modèle à compartiments

• Décrire un modèle à compartiments
• Formalisme de description variable, compartiment
  et flux,
• - formalisme de représentation,
• formalisme mathématique

 Les activités humaines produisent du CO2
responsable dune augmentation de la
concentration de ce gaz dans latmosphère. 
Difficultés liées au vocabulaire et aux concepts
sous-jacents
Pas de difficulté majeure
Maîtrise insuffisante des notions mathématiques
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Paramétrer et construire un modèle numérique

• Interroger des banques de données pour déterminer
  
• la concentration initiale de CO2 dans
  latmosphère (unité ppmv),
• La valeur moyenne du flux anthropique (unité Gt
  de C)

Atmosphère 355,7 ppmv 778 Gt de C

• Construire un modèle numérique à laide de
  Vensim (logiciel de modélisation à compartiment)

Apports anthropiques  q / an 6,4 Gt de C/an
Bois, pétrole, gaz, calcaire Q CO2 instant t
Difficultés concepts de chimie (masse molaire,
concentration)
Certaines difficultés à utiliser linterface
10
Simuler et identifier de nouvelles nécessités du
modèle

• Simuler et comparer les valeurs calculées par
  le modèle aux valeurs mesurées sur le terrain

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Identifier de nouvelles nécessités et modifier le
modèle
La mise en cause du modèle construit
nest pas spontanée
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Modifier le modèle numérique

• - Créer et paramétrer un ou plusieurs nouveaux
  flux
• - Modifier le paramétrage du compartiment
  atmosphère (bilan des flux)

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Simuler pour paramétrer le modèle

• Évaluer la valeur du flux de CO2 qui est piégé
  hors de latmosphère

calculée
mesurée
14
Suites envisageables

• Déterminer le rôle du puit océan et biosphère
  

15
Suites envisageables

• Simuler avec le modèle du chercheur pour
  comprendre le rôle des GES

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Premiers résultats

• Des difficultés dordre conceptuel
• La modélisation compartimentale
• la prise en compte de concepts de différents
  champs disciplinaires
• Des difficultés dordre pédagogique
• la prise en main de loutil informatique
• La durée des activités
• la mise en place dun travail pluridisciplinaire
• Un changement de statut du modèle dans la classe
  est possible. Le modèle, un outil pour
• comprendre, raisonner, expliquer, prédire
• conduire une démarche dinvestigation de manière
  autonome

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Perspectives

• Projet CORISE Conception de Ressources pour
  lInvestigation Scientifique dans lEnseignement
• INRP (ACCES, EducTice), LIG de Grenoble
• PPF Apprentice
• option de pratiques expérimentales en classe de
  seconde (expérimentation de la DGESCO)