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émissions de CO2, un jeu de données pour des activités avec un SIG en classe de seconde

mis à jour le 03/11/2010


CO2

Ce jeu de données, issu de l'EIA, affichable avec un Système d'Informations Géographique (SIG), peut être utilisé en MPS ou au cours d'un travail interdisciplinaire en SVT et HG.

mots clés : Mapwindow, QGIS, SIG, CO2, MPS, effet de serre, énergie, fGIS, énergie


Le problème de l'utilisation des roches carbonées est au coeur des programmes de SVT dans la partie "Le soleil : une source d'énergie essentielle". Dans le programme de Géographie "l'enjeu énergétique" est un des points du thème 3 "Gérer les ressources terrestres". Il inclut les conséquences environnementales des choix énergétiques. Il est donc tout a fait possible de coupler les deux approches au cours d'un travail interdisciplinaire.
En méthodes et pratiques scientifiques (MPS) le thème "Science et prévention des risques d'origine humaine" permet aussi d'aborder les émissions anthropiques de CO2 comme facteur du réchauffement climatique.
Les données publiées ici sont issues du site de l'EIA (Agence fédérale dépendant du département de l'énergie des USA). Elles permettent de mener à bien des travaux qui conduiront les élèves à faire des choix raisonnés pour publier des cartes des émissions de CO2 soit par habitant soit par source d'énergie et par habitant. Après une brève évocation de la méthode utilisée pour fabriquer les jeux de données, une fiche technique et des exemples d'utilisations possibles sont indiqués. Si le premier jeu de données "co2_par habitant" est plus adapté à une découverte de certaines fonctions d'un SIG au cours d'une séance de prise en main de l'outil, le second jeu "sources_co2", beaucoup plus complet, peut donner lieu à une travail d'atelier en SVT et Géographie.

Le logiciel et les données "CO2 par habitant"
La fiche technique
Les résultats obtenus
Exploitation ultérieure en MPS
Travaux interdisciplinaires en SVT et Géographie

le logiciel et les données "CO2 par habitant"


Toutes les informations sur l'acquisition et la mise en oeuvre du logiciel Mapwindow sont données dans cette ressource.
 
co2_01
Les données correspondent aux calculs du nombre de tonnes (métriques) de CO2 par habitant et par an sont disponibles sur la site de EIA. Agence fédérale dépendant du département de l'énergie des USA.

http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.html

La page d'accueil fournit un accès direct aux statistiques en cliquant sur "Carbon Dioxide/Emissions"

Pour une procédure plus complète voir la ressource spécifique.
 
co2_02
 
co2_03
Les données ont été importées sous la forme d'un tableau "Excel" puis converties en fichier shp avec fGIS. Le détail de la démarche est décrit dans cette ressource.
 
co2_04
Pour acquérir les données il suffit de télécharger le fichier co2_par_habitant04_09.zip et de le décompresser.

Une fois décompressé le dossier contient les trois fichiers ci-contre qui doivent rester dans le même dossier et ne pas être renommés. Cet ensemble de fichiers a été mis à disposition des élèves sur le réseau du lycée. Le fichier zippé peut aussi être diffusé via l'ENT. Avant de commencer le travail chaque élève transfère une copie de ce dossier dans son dossier de travail personnel. Cela évite d'avoir à régénérer les fichiers pour retourner à l'état initial.
 

La fiche technique

 
Pour ouvrir le logiciel, utiliser "démarrer/programmes/Mapwindow GIS"

Ajouter une couche d'information
Cette icône co2_05ouvre un explorateur de fichiers. Il faut choisir le fichier à l'emplacement spécifié.
co2_06
 
co2_07
La nouvelle couche d'information s'affiche dans la fenêtre principale et son nom est ajouté dans la liste de légende.

Discrétiser un affichage

Pour afficher une coloration en classes (la couleur dépend de la valeur d'une variable associée à chaque entité de la couche d'information) il faut ouvrir l'éditeur de légende par un double clic sur le nom de la couche d'information.

La ligne "Coloring Scheme" permet d'ouvrir une nouvelle boîte de dialogue en cliquant sur le bouton avec 3 petits points.
co2_08
 
Choisir le champs de données attributaires (Field to color by) et le format numérique dans les listes déroulantes. Pour une variable numérique il faut choisir l'un des deux formats "Decimals".
co2_09
 
La touche en forme d'éclair permet de choisir un type de schéma de coloration. Pour une coloration d'intensité croissante en "ton sur ton" choisir "Continuous Ramp".

co2_10

Dans une nouvelle boîte, il faut choisir le nombre de classes et les couleurs d'arrivée et de départ avant de cliquer sur OK.
co2_11
 
La gradation de teinte s'affiche avec les bornes de classes choisies de façon automatique. Ces bornes peuvent être changées numériquement en les remplaçant par d'autres valeurs dans "Values". Elles peuvent aussi être changées graphiquement dans la barre horizontale au bas de l'écran en faisant glisser les limites. Pour que l'affichage de légende soit correct, il convient de modifier les valeurs "Text" en conséquence.

"Apply" permet une prévisualisation du résultat.
co2_13

Dans la barre d'outils supérieure, ces trois boutons permettent respectivement d'ajouter, d'enlever une classe ou de tout supprimer.

Lorsque le résultat est correct cliquer sur OK.
co2_12
 
Les fiches techniques sont téléchargeables au format .doc pour word et openoffice (modifiables) ou pdf (non modifiable).


Les résultats obtenus


co2_15
 
co2_14
Ce résultat obtenu en quelques minutes lors de la séance de découverte de l'outil montre assez mal les disparités Nord Sud qui ont été au coeur des discussions des sommets de Kyoto et de Copenhague en raison des intervalles égaux. Cela peut être l'occasion de faire comprendre aux élèves que la discrétisation est un élément primordial pour qu'une carte soit lisible.
 
co2_30
co2_29Avec la discrétisation par quantiles (équipopulation) disponible avec le logiciel gratuit QGIS, les choses sont plus lisibles. Les pays du sud et les pays émergeants produisent peu de CO2 par habitant alors que les pays développés en produisent beaucoup avec une mention spéciale pour les pays où les énergies fossiles sont bon marché. Ceux de la péninsule arabique et l'Australie.

On peut amorcer les discussions sur le fond en affirmant que la Chine est maintenant le premier pays producteur de CO2 lorsque l'on compare les productions par pays et non par habitant.




Exploitation ultérieure en MPS


Ce travail de découverte technique peut amorcer des réflexions qui conduisent à des problématiques. En tout début d'année, il a été choisi de proposer des problématiques pour le premier thème. Les élèves peuvent bien entendu modifier le libellé de la problématique au fur et à mesure du travail et en accord avec l'équipe pédagogique. Voici quelques propositions :
Comment expliquer l'effet de serre ?
Comment expliquer et prévenir l'augmentation de l'effet de serre ?
Comment expliquer les disparités entre les différents pays ?
Comment la production d'énergie est-elle reliée à la production de dioxyde de Carbone ?
Comment faire évoluer les systèmes producteurs de CO2 vers plus de sobriété ?
Comment fonctionne la recapture du CO2 à partir des centrales à flamme ?
Existe-il une relation mathématique entre la production de CO2 et le PIB ?
Existe-il une relation mathématique entre la production de CO2 et l'IDH ?
Comment augmenter le rendement d'une conversion énergétique ?
Comment calculer la quantité de CO2 émise lors de la fabrication d'un objet ?
Dans certaines de ces problématiques l'utilisation du SIG peut conduire à exprimer des relations entre les différents paramètres. Certaines de ces relations paraissent paradoxales. C'est le cas de l'Afrique, de la Chine et de l'Inde qui paraissent sur ces cartes assez vertueuses alors que les disparités entre elles sont énormes.


Travaux interdisciplinaires en SVT et Géographie


La production de CO2 peut bien entendue être reliée à la production d'énergie. Celle-ci est bien souvent électrique. L'ensemble de ressources : documents sur l'exploitation des différentes sources d'énergies primaires pour produire de l'électricité présente les résultats d'une étude réalisée partiellement avec un SIG.

La démarche ayant conduit à la production de cet ensemble de document est décrite dans la ressources : utiliser un SIG pour étudier l'exploitation des différentes sources d'énergies primaires pour produire de l'électricité

Le données préparées pour ces activités sont téléchargeables sous la forme d'un fichier compressé appelé : énergie_2008.zip. Elles peuvent être utilisées dans le contexte de MPS.

La consommation de charbon, de pétrole et de gaz ne se limite pas à la production d'énergie électrique. Le fichier "sources_co2_04_09.zip" contient en ensemble de données issues du site de l'EIA. Les trois fichiers ci-dessous sont présents dans l'archive décompressée.
 
co2_21
co2_16
Voici la signification des différents champs :

AREA représente la surface en km²,
NAME est le nom du pays,
FIPS_CODE est le code international du pays,
MDKWH_TN08 et 09 sont les quantités totales d'énergie électrique produite par pays en Milliards de KWH en 2008 et 2009,
KWH_H08 et 09 sont les nombres de kWh produit par an et par habitant en 2008 et 2009
CO2_04 à CO2_09 sont les quantités totales de CO2 produites par habitant et par an en tonnes entre 2004 et 2009,
POP2004 à POP2009 sont les populations entre 2004 et 2009,
CHARB04 à CHARB09 sont les quantités de CO2 produites à partir de l'utilisation du charbon par habitant et par an en tonnes entre 2004 et 2009,
PETRO04 à PETRO09 sont les quantités de CO2 produites à partir de l'utilisation du pétrole par habitant et par an en tonnes entre 2004 et 2009,
GAZ04 à GAZ09 sont les quantités de CO2 produites à partir de l'utilisation du gaz par habitant et par an en tonnes entre 2004 et 2009
 
co2_23
 
co2_22
Voici par exemple la carte obtenue en discrétisant les données PETRO08. Les unités sont des tonnes de CO2 issues de la consommation du pétrole par habitant et par an.
 
co2_27
 
co2_28
La question des évolutions des émissions peut être traitée en discrétisant la différence entre les émissions de 2008 et celles de 2004. Cette carte fabriquée avec fGIS (voir le tutoriel dans cette rubrique) permet de voir que les évolutions sont aussi à l'image de l'état de développement. Presque tous les pays du nord connaissant une évolution faiblement négative alors les états dotés de réserves de combustibles fossiles montrent des augmentations pouvant dépasser 10 tonnes de CO2 par habitant sur cinq ans (Quatar, Brunei).
 
gapminder
Le site suédois Gapminder : http://www.gapminder.org/ qui dépend de l'université de Stokholm (Karolinska Institutet, Division of Global Health) fournit de très nombreuses données sur le développement et la santé dans le monde. Ces données sont disponibles sous la forme de tables mais le plus intéressant est sans doute l'ancienneté de certaines mesures qui permet de montrer des évolutions temporelles. Un dispositif de graphique animé dans le temps permet de suivre la trajectoire d'un ou de plusieurs pays au cours de son histoire. Le nombre de variables disponibles est très grand et chacun des axes du graphique et la taille des disques sont programmables par des listes déroulantes.

Ci-dessus les émissions de CO2 par personne en fonction du revenu moyen par personne en 2006 dans divers pays.
 
auteur(s) :

François Cordellier

information(s) pédagogique(s)

niveau : 2nde, Terminale S

type pédagogique : travaux pratiques, tutoriel, démarche pédagogique

public visé : enseignant

contexte d'usage : salle multimedia, travail autonome, atelier

référence aux programmes : MPS
Science et prévention des risques d'origine humaine
Le Soleil : une source d'énergie essentielle

Atmosphère, hydrosphère, climats: du passé à l'avenir

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