Le cycle du carbone (Exposé – SVT – Collège/Lycée)

« LE CYCLE LONG DU CARBONE ORGANIQUE • Le carbone organique peut être stocké pendant des millions d'années , par exemple lorsque des matières organiques se trouvent enfouies dans des sédiments et subissent durant une longue période des altérations importantes.

• Ce cycle n'est pas très actif car il opère à l'échelle géologique (temps de stockage estimé à 200 Ma -millions d'années).

En revanche, le C 0,8 de cycle long représente des stocks souterrains immenses .

Ce sont principa lement les schistes qui se sont remplis progressivement, avec deux périodes de remplissage correspondant à un foisonnement de la vie végétale, il y a 600 Ma et 360 Ma.

• La lente oxydation des carbones se fait au hasard de la présence d 'air ou d'eau dans ces poches , donnant naissance aux kérogènes , hydrocarbures et charbons.

La matière organique se décomposant dans les sols donne sur une longue durée de la tourbe ou de la lignite.

représentent des réserves d'énergie dite « fossile ».

• La consommation des énergies fossiles vient bouleverser la vitesse de ce cycle, en relâchant en moins de 100 ans ce qui a mis 200 Ma à se former , et qui n'aura donc plus le temps, à l'aune de cette nouvelle échelle de cycle , de recréer des stocks.

LE CYCLE LONG DU CARBONE INORGANIQUE • le C inorg existe sous la forme de C02 et de calcaire (CaC0 3 ) .

• Les échanges entre réservoirs sont les suivants : - équilibre des échanges entre le CO 2 atmosphérique et celui de la surface des océans ; -l'eau de pluie contient du C02 , qui se transforme au contact du sol en HCO 2 .

(bicarbonate), une molécule qui migre vers les océans par le biais des eaux de ruissellement et de surface ; -les organismes vivants qui boivent l 'eau utilisent le HC0 3 .

en le combinant au Ca,.

pour fabriquer leur squelette ou leur coquille (soit du Ca CO 3 ) ; • Une partie du CaC0 3 se dissout dans la masse d'eau des océans ou s'accumule sur les fonds océaniques , où il se transforme parfois en roche sédimentaire.

• La roche sédimentaire du fond des mers est ramenée à la surface par le mouvement de l'écorce terrestre.

Ce phénomène , lié à la tectonique des plaques , se déroule sur des millions d 'années .

• Le reste du carbone finit dans les magmas profonds, avant de retourner à l'atmosphère sous la forme de co,, lors des éruptions volcaniques .

• Le réservoir représenté par l 'océan se divise en plusieurs sous-réservoirs : - les eau x de surface, où la vie peut se développer grâce à la lumière du soleil qui y pénètre , s ur quelques dizaine s de mètres ; - les eaux intermédiaires et profondes .

• Différentes formes de carbone sont présentes dans l'eau de mer : -le carbone inorganique dissous (CID formé d 'hydrogénocarbonates et de carbonates) ; - le carbone organique dissous (COD) ; - le carbone organique particulaire (COP); Les eaux de surfac e • Les échanges entre l 'atmosphère et la surface de l'océan varient en fonction de la vitesse du vent -les échanges augmentent avec sa vitesse - , de la température -le refroidissement augmente la capacité de stockage - et de la quantité de CO 2 dissoute dans les eaux de surface .

Les eaux profond es • La majeure partie des carbones est stockée sous forme dissoute dans l'eau mais surtout sous la forme de sédiments marins.

LEs ROCH ES stDIMENTAIRES • Elles représentent un énorme réservoir de carbone, dont le stockage est assuré pour des millions d'années.

Les roches sédimentaires dures ou meubles du fond des océans peuvent relâcher brutalement le CH, et le C02 contenu dans les sédiments.

• Ces libérations brutales de gaz carbonés peuvent avoir des conséquences fatales pour les êtres vivants.

En août 1986, la catastrophe du lac Nyos , au Cameroun, la libération d 'un nuage de CO, à la suite d'un glissement de terrain a causé 1 BOO morts par asphyxie .

LES PALÉOBILANS DE CARBONE • L'analyse des bulles d'air contenues dans les glaces des pôles permettent d 'effectuer un« paléobilan » des concentrations de co, dans l'atmosphère.

de référence permet de s'interroger sur le fonctionnement du cycle de carbone planétaire .

• Lors du dernier maximum glaciaire , entre 13 000 à 6 000 ans avant notre ère, l'atmosphère contenait 170 Gt de C de moins qu'au début de l 'holocène , période chaude qui a commencé il y a 10 000 ans.

• Au cours des 7 ooo premières années de l'holocène, le réservoir continenta l a perdu plus de 200 Gt de C , malgré les paramètres atmosphériques globalement stables .

L'origine de ce transfert vers l'atmosphère reste inconnue.

• On a acquis la certitude que les variations de stockage dans les divers réservoirs ont été importantes par le passé et pourraient donc l'être de nouveau dans l'avenir .

W MENACES SUII! UN tQUILIBR E NATUREL FRAGILE • S'ils n 'ont pas encore livré tous leurs secrets, les chiffres du passé servent toutefois de base à des modèles de prévisions pour 2010 .

Toutefois, les résultats divergents auxquels aboutissent les simulations informatiques indiquent que le mécanisme des bilans n'est pas encore totalement compris par les chercheurs .

• t:augmentation dans l'atmosphère du taux de CO 2 et de CH 4 , gaz vingt fois plus producteur d 'effet de serre que le premier, s'accompagne d'un changement climatique 1------------- ...i.-------------._------------ ~ (notamment une augmentation de la température et de la sécheresse LA CIRCU LATION DU CARBONE ÉQUILIB RE ~ LIBÉRATI O N (en Gt(/an) dans certaines régions) .

• L'équilibre naturel connaît deux menaces identifiées : - la libération de carbone par une éventuelle activité volcanique plus importante qui relâche de grandes quantités de C inorg stockées dans les profondeurs de la Terre -les volcans ont joué par le passé un rôle important dans les bouleversements du cycle de carbone ; -depuis une centaine d'années, la société industrielle utilise les réserves de carbone sous forme de calcaire et d 'hydrocarbures À QUOI SERT LE CARBONE DANS LA NATURE? • Le carbone disponible sur Terre représente un volume considérable disponible pour les êtres vivants afin d'assurer leur developpement.

• Le carbone est le structurant , c'est-à-dire le matériau de construction indispensable des structures moléculaires.

C'est donc un élément indispensable à la vie sur Terre.

• Au-delà de sa fonct ion de constructeur , le carb one se déplace facilement à la surface du globe sous forme de C02 ou d'ions associés.

Cette circulation entraîne des modifications climatiques , notamment en affectant l'effet de serre, et parfois même chimiques des substrats.

(construction, charbon , pétrole , etc.) et relâche de grandes quantités de CO 2 dans l'atmosphère.

DES MESURES C OMPENSATO IRES • Face à ce second risque, l'ONU a rédigé en 1997 le protocole de Kyoto sur les changements climatiques .

• Son objectif est la limitation de la production de gaz à effet de serre, afin de réduire à terme leur concentration atmosphérique .

• Le CO 2 est le principal gaz visé par le protocole .

• Les sociétés refusant de changer leurs habitudes, et donc leur intensité de production de dioxyde de carbone, les actions s'orientent notamment vers une augmentation du stockage dans des « puits de carbone » , c 'est-à-dire dans la biomasse , notamment dans les arbres .

• Une autre solution naturelle serait le stockage dans le réservoir sol par une augmentation de son volume , mais rien de tel n 'est prévu actuellement.

• Des solutions« artificielles» sont encore au stade de l'étude : injection de CO 2 dans des roches réservoir s (roches mères d'hydroc arbure s ) ; injection de CO,Iiquide ou solide dans l'océan profond ; tran sformation chimique du CO 2.

LA NOTION DE CYCLES NATURELS • La planète Terre abrite un certain nombre d'éléments chimiques importants et de molécules vitales, comme l'eau .

• L'observation de la nature et les progrès issus d e la recherche scientifique ont permis de comprendre que ces éléments sont régis par des cycles, c'est-à-dire des circulations d 'éléments dans les différents compartiments de la Terre.

• L'exemple le plus connu est le cycle de l'eau :la pluie tombe sur la montagne ; l'ea u coule jusqu 'à la mer; l'eau de mer s 'évapore et crée des nuages ; les nuages se déchirent en pluies au-dessus des terres .

• Il est risqué de modifier ces cycles car tout changement peut avoir des conséquences sur les conditions de vie sur Terre, et donc sur la survie des espèces animales et végétales.. »