La biodiversité en Poitou-Charentes

     

Le cycle du carbone

Comprendre la circulation du carbone et son impact sur les écosystèmes.

1. Définition

L’atome de carbone est un élément fondamental de la matière vivante. Il se trouve sous deux formes :

La plupart de ces composés peuvent participer à de nombreuses réactions chimiques.

Le carbone est présent dans :

  • les êtres vivants
  • l’air
  • les océans
  • l’écorce terrestre

Le carbone circule entre :

  • l’atmosphère : couche gazeuse entourant le globe terrestre
  • la biosphère : partie de la terre où le règne végétal et animal vivent
  • l’hydrosphère : partie de la terre constituée d’eau
  • la lithosphère : partie superficielle minérale de la terre
Les grands réservoirs de carbone
Réservoirs Valeurs de carbone en GigaTonnes (GT)
atmosphère 750 GT
Biosphère 2360 GT
Hydrosphère (océans) 38 000 GT
Lithosphère (sédiments et roches) 65 500 000 GT
Source : V. Eschenbrenner, 2002. IRD

2. Fonctionnement

2.1- Le cycle du carbone organique

La vie sur terre influence profondément la composition de l’atmosphère en libérant du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane Méthane Le méthane est un gaz incolore et inodore (hydrocarbure saturé), présent dans le gaz naturel ou formé par fermentation de matières organiques. (CH4). Les processus de respiration et de fermentation fabriquent la plus grande partie de ces émanations.

La photosynthèse Photosynthèse Phénomène biochimique au cours duquel les végétaux absorbent le gaz carbonique de l’air et le transforme en glucose, élément nutritif, grâce à l’énergie lumineuse, et à l’eau puisée dans le sol par les racines, tout en rejetant de l’oxygène. Cette énergie lumineuse est captée grâce aux pigments assimilateurs, les chlorophylles, situées dans des organites particuliers des cellules végétales, les chloroplastes. et la respiration sont les deux réactions chimiques de base du recyclage du carbone.

a - Réaction de photosynthèse

La seule source de carbone pour les végétaux autotrophes Autotrophe Se dit d’un organisme capable de synthétiser lui-même les matières organiques qui le composent à partir d’éléments minéraux. C’est le cas de la plupart des plantes chlorophylliennes qui effectuent la photosynthèse. est le CO2 atmosphérique.

Le rôle de la photosynthèse, dans le cycle du carbone, est de fixer du carbone atmosphérique.

La réaction de photosynthèse est la suivante :

H2O + CO2+ énergie solaire -> CH2O + O2

Ce qui équivaut à :

Eau+ dioxyde de carbone -> hydrate de carbone (glucose par exemple) + dioxygène

Les végétaux (producteurs primaires), en captant l’énergie solaire, transforment le CO2 combiné à l’eau (H2O) en matières organiques (énergie chimique) avec un dégagement d’oxygène (O2). Les organismes consommateurs récupèrent cette matière organique en l’ingérant et en respirant.

b - La respiration

Le rôle de la respiration, dans le cycle du carbone, est de libérer de l’énergie.

La réaction de respiration est la suivante :

CH2O + O2 -> CO2 + H2O+ chaleur

Ce qui équivaut à :

hydrate de carbone + dioxygène -> dioxyde de carbone + eau + chaleur

Les organismes consommateurs absorbent l’oxygène de l’atmosphère et transforme l’énergie chimique (un hydrate de carbone comme le glucose ) en dioxyde de carbone.

Une troisième réaction chimique utilise le dioxyde de carbone : la fermentation

c. La fermentation

Le rôle de la fermentation, dans le cycle du carbone, est d’utiliser le carbone non atmosphérique.

La partie de matière organique qui n’est pas absorbée par les consommateurs se trouve dans les sols ou les sédiments marins.
Deux groupes de micro organismes décomposent cette matière organique en dégageant du dioxyde de carbone et/ou du méthane.

Le premier groupe se compose des organismes aérobies Aérobie Se dit d’un organisme ayant besoin d’oxygène pour assurer son métabolisme. (qui ont besoin d’oxygène). Ces organismes décomposent la matière organique en dégageant du dioxyde de carbone (cf : réaction de respiration).

Le deuxième groupe se compose d’organismes anaérobies Anaérobie Se dit d’un organisme n’ayant pas besoin d’oxygène pour assurer son métabolisme. (qui n’ont pas besoin d’oxygène). Ces organismes décomposent la matière organique en produisant du dioxyde de carbone et du méthane par fermentation.

C6H12O6 -> 3CO2 + 3CH4

matière organique -> dioxyde de carbone + méthane

2.2 Le cycle du carbone inorganique

Les processus qui entrent en jeu dans le cycle du carbone inorganique sont de nature géologique et s’étendent sur plusieurs milliers d’années.

Ce carbone est contenu dans les océans, l’atmosphère et les sédiments et les roches carbonatées.

L’altération des roches continentales va transformer le CO2 dissout dans l’eau en HCO3- (bicarbonate).

Des organismes assemblent le HCO3- au calcium (Ca2+) pour sécréter leur coquille ou leur squelette.


3. Impacts des activités humaines

La concentration en dioxyde de carbone augmente anormalement tous les ans par suite de l’accroissement des activités humaines.

En 2004, le taux de dioxyde de carbone est de 377,1 ppm [1]. Depuis l’ère préindustrielles, cette valeur a augmenté de 35 % . Depuis 10 ans, la hausse se chiffre à 19 ppm. Le dioxyde de carbone augmente régulièrement de 1,8 ppm/an en moyenne. (Organisation Météorologique Mondiale (OMM), 2004)

Le dioxyde de carbone est un des principaux gaz à effet de serre Effet de serre À l’origine, l’effet de serre est un phénomène naturel. Environ la moitié de l’énergie émise par le soleil est absorbée par la Terre, le reste est émis sous la forme de rayonnements infrarouges. Or les gaz à effet de serre (GES) empêchent une grande partie de cette chaleur de s’échapper dans l’espace. Sans les GES, la température moyenne du globe terrestre serait de 35°C plus basse. Pour comparaison, sur la planète Mars, où les GES sont absents, la température au sol est de -38°C. A l’opposé, sur la planète Vénus, où les GES sont très abondants, elle dépasse les 300°C. et il participe au réchauffement climatique.Depuis le début du XXe siècle, la température a augmenté de 0,6°C. Au XXIe siècle une hausse des températures de 1,4 à 5,8°C est envisagée. Des phénomènes météorologiques extrèmes risqueront d’être plus fréquents (tempêtes, inondations, canicules) (ADEME)
D’après Météo France, les températures estivales de fin de nuit pourraient augmenter en moyenne de 4 à 7°C à la fin du siècle en France. En hiver les températures augmenteraient de 2 à 4°C en moyenne.
D’après le troisième rapport du GIEC (Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat) une élévation moyenne du niveau de la mer entre 9 et 88 cm d’ici 2100 est envisagée.

Estimation en 1995 Estimation en 2000
Hausse des températures moyennes en 2100 par rapport à 1990 (°C) + 1 à + 3,5 + 1,5 à + 5,8
Elévation du niveau de la mer jusqu’en 2100 par rapport à 1990 (m) + 0,15 à + 0,95 +0,08 à + 0 ,88
Niveau de la concentration de CO2 dans l’atmosphère jusqu’en 2100 (ppm) 500 540 à 970
Hausse de la température du globe entre 1860 et 2000 (°C) + 0,3 à +0,6 + 0,4 à +0,8
Source : GIEC

Pour en savoir plus :

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Bibliographie :

Notes

[1ppm : partie par million : nombre de molécules de gaz à effet de serre pour un million de molécules d’air.