CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES
Le carbone
Cycle du carbone
Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.
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.
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.
Cycle du carbone
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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.
Les échanges naturels entre les réservoirs
À l'échelle géologique, le carbone de la lithosphère est relâché[...]
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Écrit par
- Jean-Claude DUPLESSY : directeur de recherche au C.N.R.S., Centre des faibles radioactivités, Gif-sur-Yvette
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