Cycle du carbone

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Le cycle du carbone est un cycle biogéochimique, il correspond à l'ensemble des échanges d'éléments carbone sur une planète. Celui de la Terre est particulièrement complexe du fait de l'existence des océans, d'une activité interne, et de la vie.

Sommaire

1 Schéma
2 Relations sur court terme
3 Relations sur long terme
- 3.1 Les phénomènes ponctuels
- 3.2 Les phénomènes lents
4 Intervention de l'homme sur le cycle
- 4.1 Combustion
- 4.2 Effet du réchauffement climatique sur le cycle du carbone et donc sur lui-même
5 Articles connexes
6 Liens externes

[modifier] Schéma

[modifier] Relations sur court terme

Ces relations sont celles qui se produisent en permanence à grande échelle sans être liées à des phénomènes ponctuels : la respiration des animaux et végétaux ainsi que la photosynthèse des végétaux sont concernées. Ces deux mécanismes font à la fois partie du cycle du carbone et du cycle de l'oxygène. Les réactifs de l'un correspondant aux produits de l'autre on parle de réactions contraires.

Photosynthèse :

6 H₂0 + 6 CO₂ + énergie solaire ====> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

eau + dioxyde de carbone =====> glucose + oxygène gazeux

Respiration cellulaire :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ =====> 6 H₂0 + 6 CO₂ + E

glucose + oxygène gazeux =====> eau + dioxyde de carbone + energie (qui permet de lier un groupe phosphate à un ADP afin de former de l'ATP)

Dans un écosystème qui est à l'état d'équilibre, la quantité nette de dioxygène produit par les organismes autotrophes (photosynthèse) est égale à la quantité de dioxygène consommé par les organismes hétérotrophes (respiration).

[modifier] Relations sur long terme

Deux types de mécanismes entrent dans cette catégorie :

[modifier] Les phénomènes ponctuels

Il s'agit par exemple des éruptions volcaniques qui rejettent dans l'atmosphère différents gaz dont le dioxyde de carbone CO₂ et du méthane CH₄, contenant tous les deux l'élément carbone, ou plus exceptionellement l'impact d'une importante météorite sur la Terre. Selon la violence de ces évènements la quantité de matière expulsée et les conséquences que cela implique peuvent considérablement varier. En effet l'activité volcanique normale fait augmenter les taux atmosphériques de ces deux gaz à effet de serre et contribue donc au phénomène de réchauffement climatique. Par contre la chute d'un corps lourd ou une éruption exceptionellement puissante propage dans la haute atmosphère de grandes quantités de poussières qui vont diminuer très fortement l'arrivée de la lumière au sol, provoquant une diminution de la température, qui peut chuter de plusieurs dizaines de degrés en quelques semaines. Un tel cataclysme est soupçonné d'être à l'origine de la disparition des dinosaures.

[modifier] Les phénomènes lents

La fossilisation des êtres vivants morts se produit sur plusieurs millions d'années. Du fait que le nombre d'organismes vivants ne peut augmenter brutalement de manière significative ce transfert de carbone de la biosphère à la lithosphère ne change guère de proportion au cours du temps, il est estimé à 102 gigatonnes par an.

La dissolution du dioxyde de carbone dans l'hydrosphère : du simple fait de la forte solubilité du dioxyde de carbone (CO₂) dans l'eau et de l'importance du volume des océans, la capacité de stockage des couches supérieures de l'hydrosphère, c'est à dire jusqu'à 100 mètres, est déjà impressionnante. Mais si elle arrive à être 63 fois plus élevée que celle de l'atmosphère, c'est grâce aux multiples formes du carbone dans les océans. D'une part en milieu aqueux le dioxyde de carbone (CO₂) se transforme intégralement en hydrogénocarbonate (HCO₃^-) et d'autre part celui-ci peut lui-même devenir un ion carbonate de formule CO₃^2-. La répartition du CO₂ dans l'hydrosphère peut ainsi être approximativement évaluée :

1% dans le dioxyde de carbone (CO₂)

90% dans l'hydrogénocarbonate (HCO₃^-)

9% dans les ions carbonates (CO₃^2-)

La sédimentation océanique : le cycle décrit ci-dessus n'est cependant pas terminé, car la circulation océanique profonde entraîne les ions carbonates, dernier produit de cette chaîne de réactions, jusque dans les fonds marins où ils réagissent avec les ions calciums de l'eau pour former du carbonate de calcium (CaCO₃) plus couramment appelé calcaire. Celui-ci se dépose au sol pour finir par appartenir à la lithosphère par accumulation succesive. Étonnament, certains animaux font aussi partie de ce cycle de carbone inorganique : en effet, les coquilles des crustacés sont formées par la même réaction chimique et rejoignent aussi les fonds marins à la mort de leurs propriétaires. Cet apport supplémentaire est cependant négligeable.

[modifier] Intervention de l'homme sur le cycle

[modifier] Combustion

Image:Gulf Offshore Platform.jpg

Image:Auto stoped highway.JPG

Image:Hauberg bei Netphen.jpg

Les interventions les plus évidentes de l'homme sont les combustions massives de matières organiques (forêts) et de roches carbonées (charbon, pétrole, gaz) qui non seulement rejettent énormément de dioxyde de carbone mais aussi déséquilibrent les relations organiques au détriment de la photosynthèse. Pour ce qui est de la diminution de la photosynthèse elle est aggravée par la désertification qui frappe majoritairement les pays les plus pauvres du monde, ceux d'Afrique sub-saharienne. Ce phénomène est particulièrement dramatique du fait que les deux molécules contenant du carbone et se retrouvant dans l'atmosphère (méthane et dioxyde de carbone) constituent les principaux gaz à effet de serre. Le problème majeur de l'humanité, dans les siècles à venir, qu'est le réchauffement climatique global pourrait avoir une ampleur bien plus importante que celle prévisible dûe aux combustions, car il perturbe, lui aussi, le cycle du carbone de tel sorte qu'il s'auto-amplifie ! Si le qualificatif de problème majeur peut être utilisé sans le moindre doute, c'est d'une part, parce que les phénomènes permettant de ramener le dioxyde de carbone atmosphérique dans la lithosphère appartiennent tous au long terme (plusieurs dizaines de milliers, voir millions d'années), et d'autre part, parce que le reboisement s'effectue lui-même sur le moyen terme (quelques siècles maximum). Le genre humain et l'ensemble des écosystèmes seront donc obligés de s'adapter pendant plusieurs siècles.

[modifier] Effet du réchauffement climatique sur le cycle du carbone et donc sur lui-même

La solubilité du dioxyde de carbone dans les océans dépend de leur température. En augmentant cette température, suite à la hausse des taux atmosphériques de dioxyde de carbone, nous baissons la capacité de stockage des océans, qui se mettent alors à rejeter eux-mêmes du dioxyde de carbone. Sachant que le deuxième plus important réservoir à carbone est l'hydrosphère, l'enclenchement d'un cercle vicieux serait hautement préjudiciable.

Le réchauffement climatique, s'il prend trop d'ampleur, pourrait aussi bloquer en grande partie la sédimentation océanique, en ralentissant, voire supprimant sous certaines latitudes, les courants océaniques responsables lors de leur plongée (au niveau du Groënland pour le Gulf Stream et dans le Pacifique pour la branche asiatique) de la descente des sédiments et donc de leur dépôt. Même si cette sédimentation est très faible, c'est elle qui génère l'ensemble des roches carbonatées, c'est à dire contenant des carbonates tels le carbonate de calcium (calcaire) et le carbonate de sodium (silice). Dans de telles circonstances, seul le reboisement pourrait résorber à moyen terme le problème, mais compte tenu de la hausse de la population mondiale conjuguée à la hausse de niveau de vie qui fait flamber non seulement les cours du pétrole mais aussi le pétrole lui-même, ce reboisement est actuellement impossible. Les grandes forêts vierges étant toujours dans l'esprit de la plupart des dirigeants, et notamment, de ceux des pays en voie de développement n'ayant pas affaire avec des mouvements environnementalistes sensibilisant l'opinion publique, des espaces inutiles potentiellement transformables en zones urbaines ou agricoles.