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CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

L'activité de la Terre est incessante : toutes ses couches – du noyau à la plus haute atmosphère – sont animées de continuels mouvements et, surtout, ses enveloppes superficielles – l'atmosphère, les océans et la surface des continents – abritent la vie. Les atomes et les molécules qui constituent ce système dynamique ne restent pas figés, mais circulent au travers des différents réservoirs que sont l'écorce terrestre, l'air, l'eau de mer, les rivières et les lacs, les glaciers, les sols et la biosphère, c'est-à-dire l'ensemble des êtres vivants.

Les éléments comme l'hydrogène, l'oxygène, le carbone, l'azote, le phosphore, le soufre et les métaux lourds sont indispensables à la formation des molécules organiques. Leur disponibilité a évolué au cours du temps avec le développement de la vie. Les premières bactéries sont apparues il y a plus de trois milliards d'années, dans une atmosphère sans oxygène. C'est l'apparition des algues photosynthétiques, capables de transformer le gaz carbonique et l'eau en matière organique avec dégagement d'oxygène sous l'action du rayonnement solaire, qui a conduit progressivement à la formation de l'atmosphère telle que nous la connaissons aujourd'hui.

Les géochimistes, qui étudient la circulation et les interactions des éléments dans la nature, ont découvert au cours du xxe siècle que tous les éléments décrivent des cycles, passant d'un réservoir à un autre pour finalement revenir dans le réservoir initial. Dans ces processus, la vie joue un rôle primordial, de sorte que le devenir des diverses molécules n'est pas gouverné par les lois de la chimie minérale mais par le fonctionnement des êtres vivants. C'est pourquoi la notion de cycle géochimique a fait place à celle de cycle biogéochimique, qui souligne le rôle essentiel des systèmes biologiques sur les conditions physico-chimiques régnant à la surface de notre planète.

Aujourd'hui, les activités humaines perturbent les cycles biogéochimiques naturels en raison de l'utilisation intensive de combustibles fossiles, d'engrais, de ressources minérales ou de molécules artificielles parfois toxiques. L'étude des cycles biogéochimiques non perturbés par les activités humaines devient de plus en plus difficile et même les zones les moins polluées, comme l'Antarctique ou le Groenland, subissent déjà l'impact des émissions industrielles.

L'hydrogène, l'oxygène et l'eau

Si l'hydrogène (H) est l'élément le plus abondant de la biosphère, il n'apparaît qu'exceptionnellement à l'état libre, au sein de quelques fermentations bactériennes, bien qu'il soit le vecteur essentiel de la bioénergétique : photosynthèse, respiration, fermentation. En fait, l'hydrogène s'identifie écologiquement à sa forme oxydée, l'eau (H2O), ce qui implique un autre élément gazeux, l'oxygène (O).

Le plus grand gisement d'oxygène est constitué par la lithosphère (3 × 1012 milliards de tonnes [Gt]), où il est immobilisé de manière quasi définitive sous forme d'oxydes (de silicium, d'aluminium, de fer, etc.) ou de sels (silicates, carbonates, etc.). À l'état gazeux, il constitue 21 p. 100 de l'atmosphère (1,1 × 106 Gt). Chaque année, la photosynthèse et la respiration des plantes et des sols correspondent à un échange de 80 Gt d'oxygène entre l'atmosphère et la biosphère. Comme les réserves de combustibles fossiles exploitables ne constituent qu'une faible fraction des matières organiques enfouies dans les sédiments (10 000 Gt de carbone), les activités humaines ne risquent pas d'appauvrir dramatiquement la teneur en oxygène de l'air. Celui qui est présent dans la biomasse représente 1 000 Gt, valeur inférieure à celle de l'oxygène[...]

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Écrit par

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., Centre des faibles radioactivités, Gif-sur-Yvette

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Pour citer cet article

Jean-Claude DUPLESSY. CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Cycle du carbone - crédits : Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Cycle du carbone

Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Cycle du carbone - crédits : Encyclopædia Universalis France

Cycle du carbone

Encyclopædia Universalis France

Cycle de l'azote - crédits : Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Cycle de l'azote

Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

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Autres références

  • BACTÉRIES

    • Écrit par Jean-Michel ALONSO, Jacques BEJOT, Patrick FORTERRE
    • 11 052 mots
    • 3 médias
    Microscopie optique : bactéries - crédits : Encyclopædia Universalis France
    Tous les éléments constitutifs de la matière vivante subissent une transformation cyclique, passant sans cesse de l'état minéral à l'état organique et vice versa. Grâce à l'énergie solaire, les plantes vertes, par assimilation chlorophyllienne, procèdent à « l'organisation » de la matière, autrement...

  • BIOSPHÈRE

    • Écrit par Paul DUVIGNEAUD, Maxime LAMOTTE, François RAMADE
    • 3 431 mots
    • 5 médias
    Eduard Suess - crédits : Hulton Archive/ Getty Images
    ...hydrogène – peuvent être suivis et dosés dans le milieu ambiant, en dehors des organismes vivants. Ainsi peuvent être définis ce que l'on appelle des cycles biogéochimiques et par là précisées, à la fois qualitativement et quantitativement, les modalités du fonctionnement de la biosphère comme celles...

  • ENVIRONNEMENT - Un enjeu planétaire

    • Écrit par Jean-Paul DELÉAGE
    • 2 014 mots
    • 1 média
    ...terrestre, désastre que les biologistes désignent comme « la sixième extinction en masse » depuis l'apparition de la vie sur Terre. Elle bouleverse ainsi les cycles biogéochimiques avec l'entrée dans l'ère de l'« Anthropocène ». Paul J. Crutzen et Eugene F. Stoermer ont ainsi désigné (2000) l'époque géologique...

  • MILIEU, écologie

    • Écrit par Cesare F. SACCHI
    • 7 829 mots
    • 1 média
    ...indispensables à la vie des végétaux autotrophes, puis à celle des animaux puisqu'ils sont la source des éléments biogènes fondamentaux, phosphore et azote. Le cycle biogéochimique de l'azote est complexe, entraînant des réactions multiples d'oxydation et de réduction, car il fait partie des protides à l'état...
  • Afficher les 7 références

Voir aussi

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