Cycle du carbone

Pages: 9 (2004 mots) Publié le: 14 novembre 2012
Travaux pratiques : fonctionnement des systèmes naturels et perturbés

Introduction à la modélisation du cycle du carbone




Présentation et objectifs du TP

Le carbone est un élément chimique majeur nécessaire à l'activité biologique et est décrit par un cycle biogéochimique. Il est présent majoritairement sous la forme de CO2 et sa redistribution dans les différentscompartiments du système terrestre représente un enjeu environnemental majeur.
Ce TP a pour objectif de modéliser numériquement à l'aide du logiciel Excel et de façon simplifier le cycle du carbone mais également d'évaluer l'influence de différents scénarios d'émissions anthropiques de CO2 vers l'atmosphère sur les charges en carbone des diverses réservoirs terrestre.

Calculs des temps de viecaractéristiques
Le temps de vie en ans pour une espèce i est donnée par la relation suivante :












Or donc on obtient:




Il est ainsi possible de calculer les différents temps de vie caractéristiques pour les différents réservoirs lorsque le système est à l'équilibre.
Atmosphère | Biosphère | Océans desurface | Océan Profonds |
τa = 3,00 | τb= 25,00 | τs = 8,33 | τp = 875,00 |
On peut ainsi constater que le carbone réside plus longtemps dans les océans profonds.

Linéarité des débits


La relation formulepermet d'exprimer les débits entre deux réservoirs i et j. Le tableau 1 de l'énoncé nous indiquait que tous les débits étaient linéaires (α=1) sauf pourDAB, le débit entre l'atmosphère et la biosphère terrestre, et DSA celui entre l'océan de surface et l'atmosphère pour lesquels les coefficients relatifs α valent respectivement 0,2 et 9.

La valeur du coefficient relatif dans le cas des échanges atmosphère→biosphère est liée au fait que la croissance de la végétation n'est généralement pas limitée par la disponibilité en CO2. Une augmentationsubstantielle en CO2 de l'atmosphère n'induit donc pas une augmentation proportionnelle du débit atmosphère→biosphère.

Le facteur α dans le cas des échanges océan→atmosphère est lié à un effet tampon des eaux océaniques conduisant à la redistribution du CO2 dissous sous ses différentes acido-basique. Une petite variation du contenu en carbone dissous s'accompagne donc d'une grande variation dudébit océan→atmosphère.

Variation temporelle de la masse de carbone
L'expression de la variation temporelle de la masse mi de carbone est: formule





On obtient :
pour l'atmosphère:
pour la biosphère:
pour l'océan de surface:
pour l'océan profond:

Scénario 1 :

Critères de l’état stationnaire

En un an 1000Pg de carbone, correspondant àl'estimation de la quantité de carbone liée aux combustions de combustibles fossiles depuis le XIXème siècle, sont injectés dans l'atmosphère. Le cycle du carbone revient à l'équilibre au bout d'une certaine durée, et on peut constater que la masse de carbone présente dans chacun des réservoirs devient stable du fait de l'état stationnaire. A l'état stationnaire, la variation de la masse de carbone dans unréservoir donné est nul : dmi/dt=0
Le temps formule pour lequel l'état stationnaire est atteint pour une certaine valeur de (Din-Dout) quasi nulle.

Les temps trouvés pour les différents réservoirs sont répartis dans le tableau suivant :
| Atmosphère | Biosphère | Océan de surface | Océan Profond |
formule (ans) | 1431 | 1419 | 945,5 | 1618,5 |

Onremarque que les temps au bout duquel l’état stationnaire est atteint dans l’atmosphère et la biosphère terrestre sont relativement proches. Le temps au bout duquel les océans de surface se retrouvent de nouveau à l’équilibre est le plus faible comparé à celui des océans profonds qui dure 1618,5 ans.

Les océans profonds étant le dernier compartiment à atteindre son état d’équilibre de...
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