CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

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L'azote

L'azote (N) a un cycle complexe parce qu'il existe sous forme de composés solides, gazeux ou dissous dans des liquides. Dans la matière vivante, il est étroitement couplé aux autres éléments, au point que, dans l'océan, leur rapport est quasi constant. Beaucoup de composés azotés ont un intérêt économique et le cycle naturel de l'azote est lui aussi perturbé par les activités humaines.

Cycle de l'azote

Dessin : Cycle de l'azote

Le cycle de l'azote (N). Les flux annuels (flèches) et les quantités dans les réservoirs (ellipses) sont exprimés en millions de tonnes d'azote (MtN). 

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Cycle de l'azote

Vidéo : Cycle de l'azote

Gazeux, minéral ou organique, l'azote est au centre d'un système d'échanges fondamental pour la biosphère : le cycle de l'azote.L'azote gazeux constitue 78 p. 100 des gaz atmosphériques. Il est un élément indispensable à tous les organismes vivants qui l'utilisent pour synthétiser les... 

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Différentes formes chimiques

L'azote, pouvant prendre des degrés d'oxydation variant de + 5 à – 3, apparaît sous des formes très variées :

– L'acide nitrique, HNO3, résulte de l'oxydation naturelle des oxydes d'azote. Il est produit industriellement, car les nitrates servent à fabriquer des engrais et des explosifs.

– Le peroxyde d'azote, NO2, gaz toxique irritant, déchet de l'industrie chimique, est produit dans l'atmosphère par oxydation de NO.

– L'oxyde nitrique, NO, est un sous-produit de toutes les combustions. Il est surtout abondant en zone urbaine, où le mélange NO-NO2 est responsable de brumes photochimiques et de nombreuses réactions avec les composés minoritaires de l'atmosphère (oxyde de carbone, ozone, radicaux divers).

– L'oxyde nitreux, N2O, peu réactif, a une longue durée de vie (120 ans). Il peut être transporté jusque dans la stratosphère, où il intervient dans les réactions contrôlant l'ozone.

– L'azote (N2), gaz incolore, inerte, constitue 78 p. 100 de l'atmosphère.

– L'ammoniac, NH3, est un produit d'excrétion des animaux ; ses sels servent d'engrais.

– Des composés organiques – amines (dérivés organiques de l'ammoniac), amides comme l'urée, ou protéines – constituent une grande partie du matériel cellulaire. Les composés azotés sont donc présents dans les produits d'excrétion ou de décomposition des matières organiques.

Les transformations biologiques

Les réactions biologiques contribuent au transfert d'azote entre les différents réservoirs (atmosphère, eaux continentales et marines, biosphère, lithosphère). Les flux les plus intenses sont associés aux échanges de la biosphère avec les sols et l'eau.

La fixation biologique est la source unique d'azote pour les plantes en l'absence d'engrais. Celle-ci est réalisée par des algues en milieu aquatique et par des bactéries dans les systèmes terrestres (par exemple, celles des racines des légumineuses utilisées dans l'agriculture traditionnelle pour enrichir les sols). Les micro-organismes sont susceptibles de nombreuses réactions permettant de transformer l'azote en composés assimilables par les êtres vivants : fabrication de composés ammoniaqués, nitrification, qui permet de passer de l'ammoniac aux nitrates assimilables par les plantes pour être transformés en matière organique, dénitrification, réduisant les nitrates en azote ou en oxyde nitreux.

Beaucoup d'organismes sont capables d'assimiler directement les produits de décomposition des matières organiques. Cependant, une fraction des composés gazeux produits aux divers stades du cycle biologique de l'azote (NH3, NO, NO2, N2O) est susceptible de passer dans l'atmosphère, où ils subissent de nouvelles réactions chimiques.

Les réactions chimiques abiotiques

Les oxydes d'azote sont très réactifs dans l'air et, bien que peu abondants, jouent un rôle majeur sur la chimie de l'atmosphère et notamment celle de l'ozone.

Les pluies éliminent une grande fraction des composés azotés qui peuvent se dissoudre dans les gouttes d'eau sous forme d'ions ammonium ou de nitrate. L'ammoniac est très rapidement recyclé sous le couvert végétal au voisinage du sol, de sorte que sa concentration diminue rapidement avec l'altitude. Celui qui s'échappe est soumis à l'oxydation photochimique par les radicaux OH, ce qui conduit soit à la production d'oxydes d'azote NOx si leur concentration est inférieure à 60 ppt (1 ppt = 10–12 m3/m3 d'air, correspondant à un milieu non pollué), soit à la production d'azote ou de N2O dans le cas contraire.

Dans la basse atmosphère, les oxydes d'azote (mélange NO-NO2 dont la durée de vie est de quelques jours) interviennent comme catalyseur de la chimie de l'ozone. S'ils sont très peu abondants, ils contribuent à sa destruction. À des teneurs supérieures, proches du ppb (10—9), ils contribuent à la formation d'ozone troposphérique ; ils ne sont que lentement éliminés par oxydation en acide nitrique et contribuent alors à l'acidité des pluies. À des teneurs encore plus fortes (milieu urbain fortement pollué), les oxydes d'azote joue [...]

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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 14 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/cycles-biogeochimiques/