CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

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Le carbone

Le carbone (C) est un élément clé de la matière vivante, en raison de sa capacité à former de longues chaînes ou des anneaux moléculaires. Il possède un cycle complexe parce qu'il est présent dans toutes les formes vivantes et dans de nombreux composés inorganiques : on le trouve sous forme de carbone élémentaire (diamant, graphite ou forme amorphe), de composés organiques (plus d'un million de molécules différentes), de roches carbonatées dans la lithosphère, de composés inorganiques dissous dans l'océan et les eaux continentales (bicarbonates, carbonates, gaz carbonique) et de gaz présents à l'état de trace dans l'atmosphère (gaz carbonique, méthane, oxyde de carbone, hydrocarbures). La plupart de ces composés sont susceptibles de participer à des réactions chimiques très diverses. Les échelles de temps des processus mis en jeu varient de plusieurs millions d'années, pour ceux qui sont contrôlés par l'activité interne de la Terre, à quelques secondes, pour la photosynthèse ou pour les échanges gazeux air-mer.

Cycle du carbone

Vidéo : Cycle du carbone

Présent dans toutes les formes vivantes et dans de nombreux composés inorganiques, le carbone possède un cycle complexe : présentation des grandes lignes de ce système dynamique.Le carbone, élément principal des molécules, est présent dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone,... 

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Les réservoirs

À l'époque préindustrielle, l'atmosphère contenait environ 580 milliards de tonnes de carbone (580 Gt C) sous forme de gaz carbonique (ou dioxyde de carbone, CO2) et 1,5 Gt C sous forme de méthane (CH4). Leurs teneurs étaient alors respectivement 280 ppm (cm3/m3 d'air) et 0,7 ppm. Elles ont augmenté en raison des activités humaines, atteignant 382 ppm et 2,15 ppm en 2006. L'oxydation, par les radicaux hydroxyles (OH), du méthane et des composés organiques émis par les forêts, ainsi que les combustions incomplètes conduisent à la formation d'oxyde de carbone (CO), dont la teneur varie entre 0,5 et 20 ppm selon les régions. Celui-ci sera finalement transformé à son tour en gaz carbonique par les radicaux OH, mais il réagira en même temps avec les oxydes d'azote, conduisant à la formation d'ozone (O3).

L'océan contient 36 900 Gt C sous la forme de carbone inorganique dissous, 1 000 Gt C de composés organiques à l'état dissous et 30 Gt C à l'état particulaire. Quant aux êtres vivants (algues, plancton, poissons), ils ne représentent que 3 Gt C, mais jouent un rôle considérable en pompant le gaz carbonique dissous grâce aux réactions de photosynthèse et en éliminant leurs déchets sous la forme de particules, qui chutent dans la colonne d'eau. La plus grande partie est oxydée par les bactéries, ce qui provoque un transfert net de CO2 de la surface vers les eaux profondes. Ainsi la teneur en CO2 de ces dernières dépasse-t-elle celle des eaux superficielles d'environ 10 p. 100. Seulement 1 p. 100 du carbone exporté en profondeur sera enfoui dans le sédiment. Ce mécanisme a été responsable de la formation de gisements pétroliers et de l'augmentation de la teneur en oxygène de l'air au cours des temps géologiques, le carbone enfoui n'étant plus susceptible d'être oxydé.

Les végétaux terrestres stockent environ 610 Gt C, essentiellement dans les forêts, les prairies ne constituant que 10 p. 100 de la biomasse. Les sols représentent un réservoir beaucoup plus important, voisin de 1 700 Gt C. Celui-ci est constitué d'une grande variété de composés dont certains (acides humiques, acides fulviques, etc.) ont une durée de vie de plusieurs millénaires.

La croûte terrestre contient 90 × 106 Gt C, dont les trois quarts sont sous forme de carbonates, le reste étant généralement sous des formes très dispersées (seules 10 000 Gt C constituent des réserves exploitables). Ce carbone a un temps de résidence de plusieurs millions d'années et ne participe pas aux échanges actifs existant entre l'atmosphère, l'océan et la biosphère.

Cycle du carbone

Dessin : Cycle du carbone

Le cycle du carbone. Les flux annuels (flèches) et les quantités dans les réservoirs (ellipses) sont exprimés en milliards de tonnes de carbone (GtC). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les échanges naturels entre les réservoirs

À l'échelle géologique, le carbone de la lithosphère est relâché par érosion. Il est transporté par les rivières jusqu'à l'océan, où il réside environ un million d'années avant d'être déposé dans les sédiments (coquilles calcaires d'algues ou d'animaux). Il rejoint ainsi la lithosphère, où il restera pendant environ cent millions d'années.

La teneur en CO2 de l'air dépend de la source volcanique et de la consommation par érosion des silicates. Un état d'équilibre est atteint lorsque la demande pour l'érosion chimique compense les émissions des volcans. Celles-ci ne dépendent que de l'activité tectonique de la planète, alors que l'érosion est plus [...]

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Cycle du carbone

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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 l’article

Jean-Claude DUPLESSY, « CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 décembre 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/cycles-biogeochimiques/